Литосферой называют твердую оболочку планеты, название которой происходит от греческого слова «литос», обозначающего камень. Термин был предложен Дж. Барреллом в 1916 году и использовался вначале им в качестве синонима земной коры. Только несколько лет спустя было доказано, что строение литосферы Земли более сложное. Оно включает в себя следующее:

• Земная кора;
• Мантия (верхний слой).

Основные слои

Земная кора – это составляющая часть литосферы, которая имеет глубину 35–70 км под континентальной частью суши и 5–15 км под океаническим дном. Она также состоит из слоев:

• Материковая кора: осадочный, гранитный, базальтовый слой;
• Океаническая: слой морских осадков (может отсутствовать в некоторых случаях вовсе), средний слой из базальта и серпентина, нижний слой из габбро.

В составе земной коры можно найти практически всю таблицу Менделеева, только в разных долях. Больше всего она содержит кислород, железо, кремний, алюминий, натрий, магний, кальций и калий. На земную кору приходится около 1% общей массы всей планеты.

Мантия – это нижняя часть литосферы, глубина которой доходит до 2900 км. Она состоит в основном их кремния, кислорода, железа, магния, никеля. Внутри ее различают особый слой – астеносферу, созданную из особого вещества. В состав твердой оболочки земли входит та часть мантии, которая находится до астеносферы. Это нижняя граница оболочки, верхняя же расположена рядом с атмосферой и гидросферой, с которыми литосфера взаимодействует, частично проникая в них.

Ошибочно причислять к литосфере ядро, отдельный слой земного шара, который находится на глубине 2900–6371 км и состоит из раскаленного железа и никеля.

Особенности оболочки

Исходя из строения литосферы Земли, можно утверждать, что она является относительно хрупкой оболочкой, поскольку не монолитная. Ее разбивают глубинные разломы на отдельные блоки (или плиты), которые очень медленно двигаются в горизонтальном направлении по астеносфере. Поэтому различают относительно стабильные платформы и подвижные области (складчатые пояса).

Строение литосферы Земли на сегодня – это разделение поверхности планеты на семь крупных и несколько малых плит. Границы между ними обозначены зонами наивысшей вулканической и сейсмической активности. В поперечнике же эти элементы литосферы имеют 1–10 тыс. км.

Изостазия

Отдельно хочется остановиться на изостазии, явлении, которое обнаружили ученые во время изучения горных массивов и силы тяжести у их подножия (горы образуются в местах стыка литосферных плит). Ранее считалось, что большие неровности рельефа увеличивают силу притяжения в регионе. Однако выяснилось, что сила тяжести одинакова на всей земной поверхности. Массивные сооружения уравновешиваются где-то в глубине Земли, в верхней мантии: чем крупнее гора, тем глубже она погружена в литосферу. На некоторое время земная кора может выйти из равновесия под воздействием тектонических сил, однако потом она все равно возвращается в него.

Внутреннее строение Земли. Принято делить тело Земли на три основные части – литосферу (земную кору), мантию и ядро.

Ядро , средний радиус которого около 3500 км, как предполагают, состоит из железа с примесью кремния. Наружная часть ядра находится в расплавленном состоянии, внутренняя, по-видимому, твердая.

Ядро сменяется мантией , которая простирается почти на 3000 км. Считают, что она твердая, в то же время пластичная и раскаленная.

Литосфера – верхняя оболочка «твердой» Земли, включающая земную кору и верхнюю часть подстилающей ее верхней мантии Земли.

Земная кора – верхняя оболочка «твердой» Земли. Мощность земной коры от 5 км (под океанами) до 75 км (под материками). Земная кора неоднородна. В ней различают 3 слоя – осадочный, гранитный, базальтовый. Гранитный и базальтовый слои названы так потому, что в них распространены горные породы, похожие по физическим свойствам на гранит и базальт.

Различают континентальную и океаническую земную кору. Океаническая отличается от континентальной отсутствием гранитного слоя и значительно меньшей мощностью (от 5 до 10 км).

Положение слоев в континентальной коре свидетельствует о разном времени ее образования. Базальтовый слой является самым древним, моложе его – гранитный, а самый молодой – верхний, осадочный, развивающийся и в настоящее время. Каждый слой коры формировался в течение длительного отрезка геологического времени.

Горные породы – основное вещество, слагающее земную кору. Твердое или рыхлое соединение минералов. По происхождению горные породы делят на три группы:

1) магматические – образуются в результате затвердевания магмы в толще земной коры или на поверхности. Выделяют:

а) интрузивные (сформировавшиеся в толще земной коры, например, граниты);

б) эффузивные (сформировавшиеся при излиянии магмы на поверхность, например, базальты).

2) осадочные – образуются на поверхности суши или в водоемах в результате накопления продуктов разрушения ранее существовавших пород разного происхождения. Осадочные горные породы покрывают около 75% поверхности материков. Среди осадочных пород выделяют:

а) обломочные – образовавшиеся из различных минералов и обломков горных пород при их переносе и переотложении (текучими водами, ветром, ледником). Например: щебень, галька, песок, глина; самые крупные обломки – валуны и глыбы;

б) химические – образуются из растворимых в воде веществ (калийная, поваренная соли и др.);

в) органические (или биогенные ) – состоят из остатков растений и животных или из минералов, образовавшихся в результате жизнедеятельности организмов (известняк-ракушечник, мел, ископаемые угли);

3) метаморфические – получаются при изменении других видов горных пород под действием тепла и давления в глубинах земной коры (кварциты, мрамор).

Полезные ископаемые – природные минеральные образования в земной коре неорганического и органического происхождения, которые при данном уровне развития техники и экономики могут быть использованы в хозяйстве в естественном виде или после соответствующей переработки. Полезные ископаемые классифицируются по многим признакам. Например, выделяют твердые (уголь, руды металлов), жидкие (нефть, минеральные воды) и газообразные (горючие природные газы) полезные ископаемые.

По составу и особенностям использования обычно различают:

а) горючие полезные ископаемые – уголь, нефть, природный газ, горючие сланцы, торф;

б) металлические – руды черных, цветных, благородных и других металлов;

в) неметаллические полезные ископаемые – известняк, каменная соль, гипс, слюда и пр.

По способу образования полезные ископаемые могут быть:

1) эндогенными, образование которых связано с извержением или излиянием магмы;

2) экзогенными, возникшими путем накопления осадочных пород;

3) метаморфическими, образовавшимися при высоком давлении или при соприкосновении раскаленной лавы с осадочными горными породами.

Иногда по происхождению выделяют две группы: рудные и нерудные (осадочные) полезные ископаемые. С происхождением тесно связаны особенности распространения полезных ископаемых на Земле.

Литосферные плиты – крупные жесткие блоки литосферы Земли, ограниченные сейсмически и тектонически активными зонами разломов.

Плиты, как правило, разделены глубокими разломами и перемещаются по вязкому слою мантии относительно друг друга со скоростью 2-3 см в год. В местах схождения континентальных плит происходит их столкновение, образуются горные пояса. При взаимодействии континентальной и океанической плит плита с океанической земной корой пододвигается под плиту с континентальной земной корой, в результате образуются глубоководные желоба и островные дуги.

Движение литосферных плит связано с перемещением вещества в мантии. В отдельных частях мантии существуют мощные потоки тепла и вещества, поднимающегося из его глубин к поверхности планеты.

Рифт – огромный разлом в земной коре, образующийся при ее горизонтальном растяжении (т. е. там, где расходятся потоки тепла и вещества).

В рифтах происходит излияние магмы, возникают новые разломы, горсты, грабены. Формируются срединно-океанические хребты.

Срединно-океанические хребты – мощные подводные горные сооружения в пределах дна океана, занимающие чаще всего срединное положение. Близ срединно-океанических хребтов происходит раздвижение литосферных плит и возникает молодая базальтовая океаническая кора. Процесс сопровождается интенсивным вулканизмом и высокой сейсмичностью.

Континентальными рифтовыми зонами являются, например, Восточно-Африканская рифтовая система, Байкальская система рифтов. Рифты, так же как и срединноокеанические хребты, характеризуются сейсмической активностью и вулканизмом.

Тектоника плит – гипотеза, предполагающая, что литосфера разбита на крупные плиты, которые перемещаются по мантии в горизонтальном направлении. Близ срединноокеанических хребтов литосферные плиты раздвигаются и наращиваются за счет вещества, поднимающегося из недр Земли; в глубоководных желобах одна плита подвигается под другую и поглощается мантией. В местах столкновения плит образуются складчатые сооружения.

Сейсмические пояса Земли. Подвижными областями Земли являются границы литосферных плит (места их разрыва и расхождения, столкновения), т. е. это рифтовые зоны на суше, а также срединно-океанические хребты и глубоководные желоба в океане. В этих зонах наблюдаются частые извержения вулканов и землетрясения. Это объясняется возникающей напряженностью в земной коре и свидетельствует о том, что процесс формирования земной коры в этих зонах интенсивно происходит и в настоящее время.

Таким образом, зоны современного вулканизма и высокой сейсмической активности (т. е. распространения землетрясений) совпадают с разломами земной коры.

Области , где происходят землетрясения, называются сейсмическими.

Внешние и внутренние силы, изменяющие поверхность Земли. Рельеф – совокупность неровностей земной поверхности. На формирование рельефа одновременно влияют внешние и внутренние силы, порождающие множество геологических процессов.

Процессы, изменяющие поверхность Земли, делятся на две группы:

1) внутренние процессы – тектонические движения, землетрясения, вулканизм. Источником энергии этих процессов является внутренняя энергия Земли;

2) внешние процессы – выветривание (физическое, химическое, биологическое), деятельность ветра, деятельность поверхностных текучих вод, деятельность ледников. Источником энергии является солнечное тепло.

Внутренние процессы рельефообразования (эндогенные). Тектонические движения – механические движения земной коры, вызываемые силами, действующими в земной коре и мантии Земли. Приводят к существенным изменениям рельефа. Тектонические движения разнообразны по форме проявления, глубине и причинам. Тектонические движения делят на колебательные (медленные колебания земной коры), складчатые и разрывные (образование трещин, грабенов, горстов). По времени выделяют древние (до кайнозойской складчатости), новейшие (начиная с неогенового периода) и современные. Новейшие и современные иногда объединяют в неогенчетвертичные движения.

Неогенчетвертичные движения земной коры. К ним относятся тектонические процессы неогенчетвертичного периода (последние 30 млн лет), охватившие все геоструктуры и определившие основной облик современного рельефа. В новейшее время продолжаются движения многих ранее образовавшихся крупных форм рельефа – поднимаются возвышенности, горные хребты, а отдельные части низменностей опускаются и заполняются осадками.

Землетрясения. Землетрясениями называют сотрясения земной поверхности, вызванные естественными причинами. В зависимости от причин, вызывающих землетрясения, они подразделяются на 3 типа:

1) тектонические землетрясения, связанные с образованием в земной коре разломов и движениями по ним глыб земной коры. Тектонические землетрясения самые распространенные;

2) вулканические землетрясения, связанные с движениями магмы в очаге и канале вулкана и взрывными выбросами вулканических газов.

Обычно вулканические землетрясения проявляются с небольшой силой и охватывают небольшие площади. В отдельных же случаях сила таких землетрясений может быть огромна – при извержении вулкана Кракатау (Зондские острова) в 1883 г. взрыв уничтожил половину вулкана, а сотрясение при этом причинило большие разрушения на островах Ява, Суматра, Калимантан;

3) обвальные землетрясения, происходящие при обвале в подземных пустотах за счет удара, производимого обвалившейся массой. Такого типа землетрясения возникают нечасто, имеют небольшую силу; распространяются на очень ограниченной территории.

В течение года на Земле бывает около 100 000 землетрясений, или около 300 в сутки. Землетрясения обычно происходят быстро, в течение нескольких секунд или даже долей секунд. Область в недрах Земли, в пределах которой возникает землетрясение, называется очагом землетрясения, его центр – гипоцентром , а проекция гипоцентра на поверхность Земли – эпицентром. Очаги землетрясений могут находиться на глубине от 20-30 км до 500-600 км. Наиболее сильные землетрясения имели глубину очага от 10-15 до 20-25 км. Землетрясения с глубоким расположением очага обычно не отличаются большой разрушительной силой на поверхности.

Сила землетрясений определяется по 12-балльной шкале. Одним баллом обозначают самое слабое землетрясение, самые сильные, в 10-12 баллов, имеют катастрофические последствия. Землетрясения регистрируются специальными приборами – сейсмографами. Наука, изучающая причины землетрясений, их последствия, связь землетрясений с тектоническими процессами и возможность их предсказания, называется сейсмологией .

Одной из основных задач является предсказание землетрясений, т. е. прогноз – где, когда и какой силы произойдет землетрясение. Определить это можно с помощью карты сейсмического районирования.

Сейсмическое районирование – деление территории на районы по их сейсмической активности, оценка и отображение на картах потенциальной сейсмической опасности, которую необходимо учитывать при сейсмостойком строительстве.

В России сильные землетрясения возможны в Прибайкалье, на Камчатке, на Курильских островах, в Южной Сибири.

В мире выделяют Тихоокеанский сейсмический пояс, окружающий Тихий океан, и Средиземноморский, проходящий от Атлантического океана через Центральную Азию до Тихого. Активный сейсмический пояс, проходящий через Восточную Африку, Красное море, Тянь-Шань, котловину Байкала, Становой хребет, значительно моложе.

Таким образом, большинство землетрясений приурочено к окраинам литосферных плит, к местам их взаимодействия. Существует значительная связь между землетрясениями и вулканизмом.

Вулканизм – совокупность процессов и явлений, связанных с излияниями магмы на земную поверхность.

Магма – расплавленный материал горных пород и минералов, смесь многих компонентов. В магме всегда содержатся летучие вещества: пары воды, углекислый газ, сероводород и т. д. Возникновение и движение магмы обусловлено внутренней энергией Земли.

Вулканизм может быть:

1) внутренним (интрузивным) – движение магмы внутри земной коры приводит к образованию лакколитов – недоразвитых форм вулканов, в которых магма не достигла земной поверхности, а вторглась по трещинам и каналам в толщи осадочных пород, приподняв их. Иногда верхний осадочный покров над лакколитами смывается, и на поверхности обнажается ядро лакколита из застывшей магмы. Известны лакколиты в окрестностях Пятигорска (гора Машук), в Крыму (гора Аюдаг);

2) внешним (эффузивным) – движение магмы с выходом ее на поверхность. Магма, излившаяся на поверхность, потерявшая значительную часть газов, называется лавой .

Вулканы – геологические образования, имеющие обычно конусообразную или куполовидную форму, сложенную продуктами извержения. В центральной части их находится канал, по которому происходит выброс этих продуктов. Реже современные вулканы имеют вид трещин, по которым время от времени происходит извержение вулканических продуктов.

Современные вулканы распространены там, где происходят интенсивные движения земной коры:

1. Тихоокеанское вулканическое кольцо.

2. Средиземноморско-Индонезийский пояс.

3. Атлантический пояс.

Кроме этого, вулканическая деятельность также бывает развита в зонах рифтов и срединно-океанических хребтов.

Внешние процессы рельефообразования (экзогенные). Выветривание – процесс разрушения горных пород на месте их залегания под влиянием колебания температур, химического взаимодействия с водой, а также действия животных и растений.

В зависимости от того, чем именно вызван процесс разрушения, различают выветривание физическое, химическое и органическое.

Деятельность ветра. Эоловые процессы (так называют геологическую деятельность ветра) наиболее развиты там, где отсутствует или слабо развит растительный покров. Ветер, переносящий рыхлые отложения, способен создавать различные формы рельефа: котловины выдувания, песчаные гряды, холмы, в том числе и серповидные – барханы.

Деятельность поверхностных текучих вод. Поверхностные воды создают формы размыва (эрозионные) и накопления отложений (аккумулятивные). Образование этих форм рельефа происходит одновременно: если в одном месте размыв, в другом должно быть отложение. Различают две формы разрушительной деятельности текучих вод: плоскостной смыв и эрозию. Геологическая деятельность плоскостного смыва заключается в том, что дождевые и талые воды, стекающие по склону, подхватывают мелкие продукты выветривания и сносят их вниз. Таким образом, склоны выполаживаются, а продукты смыва все больше отлагаются внизу. Под эрозией, или линейным размывом , понимают разрушительную деятельность водных потоков, текущих в определенном русле. Линейный размыв приводит к расчленению склонов оврагами и речными долинами.

Овраг – линейно вытянутая рытвина с крутыми, незадернованными склонами. Она растет вверх за счет размыва уступа в ее вершине временными потоками ливневых и талых вод. Продукты размыва образуют внизу конус выноса оврага. Развитие оврагов оказывает вредное влияние на различные сооружения и сельскохозяйственные угодья, поэтому для борьбы с ними производят засыпание промоин, посев трав, посадку деревьев и т. д.

Речная долина – линейно вытянутое углубление, на дне которого есть постоянный водный поток. Все долины имеют склоны и дно. У быстрых горных рек долины узкие, а все дно занято рекой. Равнинные реки текут медленно, в широких долинах.

Склоны долины часто бывают ступенчатыми. У горных рек это обычно связано с чередованием слоев разной твердости. У равнинных рек на склонах, как правило, существуют ступени (речные террасы), свидетельствующие о врезании реки. Каждая терраса была дном долины, в которое врезалась река. Об этом свидетельствуют речные отложения, покрывающие террасы или полностью слагающие их. Речные отложения называют аллювиальными отложениями , или аллювием. Реки переносят большое количество различного материала, отлагая его в дельте. Врезание реки и образование террас может быть вызвано поднятием местности, по которой течет река, опусканием уровня водоема, в который она впадает, изменением уровня воды в реке. Таким образом, реки оказывают большое влияние на формирование рельефа.

Деятельность ледников. Ледники образуются там, где снег, выпавший в течение зимы, летом не стаивает полностью.

Различают два типа ледников:

– горные

– материковые (или покровные).

Горные ледники встречаются на высоких горах с острыми, зубчатыми вершинами. Ледники здесь залегают в различных углублениях склонов или движутся по долинам, наподобие ледяной реки.

Материковые ледники развиты в полярных областях (Антарктида, Новая Земля, Гренландия и др.). Подо льдом здесь погребены все неровности рельефа. Льды покровных ледников движутся от центра к краям.

Двигаясь, ледник любого типа производит большую разрушительную работу, усиливающуюся из-за того, что в лед со дна вмерзают обломки горных пород.

Скопление обломочного материала (валунов, гальки, песка, глины), переносимого и отлагаемого ледниками, называется мореной . Потоки талых ледниковых вод выносят и отлагают значительное количество перемытого обломочного материала. Отложения таких потоков называются водно-ледниковыми.

При общем таянии неподвижного ледника на подстилающую поверхность проектируется весь содержащийся в нем материал, и возникают обширные моренные равнины , преимущественно холмистые. Если край ледника долго задерживается на одном месте, образуются конечно-моренные валы и гряды . Если же ледник отступает медленно, остается конечно-моренная равнина . Песчаные равнины, называемые зандровыми, образуются потоками талых вод ледника, несущими мелкообломочный материал.

Имеется ряд фактических данных, указывающих на то, что в истории Земли неоднократно наблюдались периоды оледенения. Главными центрами оледенений в Евразии были Скандинавские горы, Новая Земля, Северный Урал. Например, на Восточно-Европейскую равнину спускались ледники со Скандинавских гор и с Полярного Урала, на Западно-Сибирскую равнину – с Полярного Урала, гор Путорана и Бырранга. На Северо-Сибирскую низменность и в северную часть Среднесибирского плоскогорья – с гор Бырранга и Путорана. Оледенения оказали большое влияние на формирование рельефа рыхлых отложений и изменение растительного и животного мира, а также смещение природных зон и высотных поясов.

Рельеф последующих оледенений накладывался на рельеф, созданный предыдущими оледенениями, что приводило к усложнению рельефа.

Горные ледники , двигаясь по эрозионным равнинам, преобразуют их. Долины при этом становятся шире, склоны – круче, приобретают корытообразную форму. Такие долины называют трогами. На склонах гор ледники создают углубления, похожие на кресла, – ледниковые цирки.

В горах выделяют снеговую линию – высоту, выше которой снег не стаивает полностью даже летом. Высота снеговой линии зависит от широты места, количества осадков, характера и положения горных склонов.

Формы земной поверхности . Равнины – обширные участки суши с ровной или холмистой поверхностью, имеющие разную высоту относительно уровня Мирового океана.

Равнины, в зависимости от характера рельефа, могут быть плоскими (Западно-Сибирская, Береговые равнины США и т. п.) и холмистыми (Восточно-Европейская, Казахский мелкосопочник).

В зависимости от высоты, на которой находятся равнины, они делятся на:

1) низменности – имеющие абсолютную высоту не более 200 м;

2) возвышенности – находящиеся на высоте не выше 500 м;

3) плоскогорья – выше 500 м.

Горы – определенные территории поверхности суши, возвышающиеся над уровнем Мирового океана выше 500 м и имеющие расчлененный рельеф с крутыми склонами и четко выделяемыми вершинами.

Нагорья – обширные горные территории, включающие отдельные хребты, межгорные впадины, небольшие плоскогорья. Разница высот в нагорьях не достигает большой величины.

Эрозионные горы образуются в результате тектонических поднятий и последующего глубокого их расчленения. Частным случаем эрозионных гор являются останцевые горы. Современный рельеф эрозионных гор создан в основном деятельностью текучих вод.

В зависимости от высоты горы делят на низкие (до 1000 м), средние (от 1000 до 2000 м) и высокие – выше 2000 м.

Тектонические структуры – совокупность структурных форм земной коры. Элементарные структурные формы – слои, складки, трещины и т. п. Наиболее крупные – платформы, плиты, геосинклинали и др. Образование тектонических структур происходит в результате тектонических движений.

Платформа – наиболее устойчивый участок литосферы, имеющий двухъярусное строение – складчатое кристаллическое основание внизу и осадочный чехол сверху. Крупнейшие структурные единицы платформы: щиты – места выхода кристаллического фундамента платформы на поверхность (например, Балтийский щит, Анабарский щит).

Плитой называется платформа, у которой фундамент глубоко скрыт под осадочным чехлом (Западно-Сибирская плита). Платформы разделяют на древние – с фундаментом докембрийского возраста (например, Восточно-Европейская, Сибирская) и молодые – с фундаментом палеозойского и мезозойского возраста (например, Скифская, Западно-Сибирская, Туранская). Древние платформы составляют ядра материков. Молодые платформы расположены по периферии древних платформ или между ними.

В рельефе платформы обычно выражены равнинами. Хотя возможны и горообразовательные явления (активизация платформы). Причиной может служить горообразование, происходящее рядом с платформой, или продолжающийся напор литосферных плит.

Краевой прогиб – линейно вытянутый прогиб, возникающий между платформой и складчатым горным сооружением. Краевые прогибы заполняются продуктами разрушения гор и прилегающих платформ. В них обычно концентрируются месторождения рудных и осадочных полезных ископаемых. Так, в Уральском краевом прогибе сосредоточены хромовые, медные руды, поваренная и калийная соли, нефть.

Складчатые области , в отличие от платформ, являются подвижными участками земной коры, испытавшими горообразование. Складчатые области в рельефе выражены горами разного возраста. Складчатые области и горы образуются обычно в местах столкновения литосферных плит.

Современные платформы и складчатые области существовали не всегда. Лик Земли на протяжении ее геологической истории постоянно изменялся. Существует несколько гипотез происхождения материков и океанов. Согласно одной из них вначале на Земле существовала только кора океанического типа. Затем в результате действия внутренних сил Земли возникли первые складчатые области. Пройдя этапы складчатых, складчато-глыбовых и глыбовых гор, при постоянном одновременном воздействии внешних сил рельефообразования, постепенно образовались первые платформы. Формирование материков происходило постепенно путем последовательного увеличения их площади за счет присоединения складчатых областей к древним платформам.

В истории Земли было несколько эпох усиления процессов складчатости – эпох горообразования. Фундамент древних платформ, например, образовался в эпоху докембрийской складчатости. Далее были эпохи байкальской, каледонской, герцинской, мезозойской, кайнозойской складчатости, в каждую из которых образовывались горы. Так, например, горы Прибайкалья образовались в эпоху байкальской и раннекаледонской складчатостей, Урал – в герцинскую, Верхоянский хребет – в мезозойскую, а горы Камчатки – в кайнозойскую. Эпоха кайнозойской складчатости продолжается и в настоящее время, о чем свидетельствуют землетрясения и извержения вулканов.

Изменение очертаний материков. Очертания материков изменялись в течение времени. Расположение, размеры и конфигурации материков и океанов в далеком прошлом были иными и изменятся в далеком будущем. В палеозое Австралия, Южная Америка, Африка и Антарктида составляли единый материк – Гондвану. В Северном полушарии предположительно существовал единый материк – Лавразия, а до этого, возможно, был один материк – Пангея.

Очертания древних материков менялись также вследствие горообразовательных процессов. Древние платформы оказывались как бы «спаянными» вновь образовавшимися горами, или же при образовании гор на краю платформ площадь суши увеличивалась, очертания берегов менялись.

Литосферой называют верхнюю твердую оболочку Земли, со­стоящую из земной коры и слоя верхней мантии, подстилающего земную кору. Нижняя граница литосферы проводится на глубинах около 100 км под континентами и около 50 км под дном океана. Верхняя часть ли­тосферы (та, где существует жизнь) - составная часть биосферы.

Земная кора сложена магматическими и осадочными породами, а также метаморфическими породами, образовавшимися за счет тех и других.

Горные породы - это естественные минеральные агрегаты оп­ределенного состава и строения, сформировавшиеся в результате геологических процессов и залегающие в земной коре в виде само­стоятельных тел. Состав, строение и условия залегания горных пород обусловлены особенностями формирующих их геологических про­цессов, которые происходят в определенной обстановке внутри зем­ной коры или на земной поверхности. В зависимости от характера главных геологических процессов различают три генетических клас­са горных пород: осадочные, магматические и метаморфические.

Магматические горные породы - это естественные мине­ральные агрегаты, возникающие при кристаллизации магм (силикат­ных, а иногда и несиликатных расплавов) в недрах Земли илина ее поверхности. По содержанию кремнезема магматические породы делятся на кислые (SiO 2 - 70-90%), средние (SiO 2 > около 60%), основные (SiO 2 около 50%) и ультра­основные (SiO 2 менее 40%). Примером магматических пород служат вулканическая основная порода и гранит.

Осадочные горные породы - это те породы, которые су­ществуют в термодинамических условиях, характерных для по­верхностной части земной коры, и образуются в результате переотло­жения продуктов выветривания и разрушения различных горных по­род, химического и механического выпадения осадка из воды, жизне­деятельности организмов или всех трех процессов одновременно. Многие осадочные породы являются важнейшими полезными иско­паемыми. Примерами осадочных пород служат песчаники, которые можно рассматривать как скопления кварца и, следовательно, концен­траторы кремнезема (SiO 2), и известняки - концентраторы СаО. К ми­нералам, наиболее распространенных осадочных пород относятся кварц (SiO 2), ортоклаз (КalSi 3 O 8) каолинит (А1 4 Si 4 O 10 (ОН) 8), кальцит (СаСО 3), доломит СаМg(СО 3) 2 и др.

Метаморфическими называют породы, основные особенности которых (минеральный состав, структура, текстура) обусловлены процессами метаморфизма, тогда как признаки первичного магмати­ческого происхождения частично или полностью утрачены. Мета­морфические породы - сланцы, гранулиты, эклогиты и др. Типичные для них минералы - слюда, полевой шпат и гранат соответственно.

Вещество земной коры сложено в основном легкими элемента­ми (по Fе включительно), а элементы, следующие в Периодической системе за железом, в сумме составляют лишь доли процента. Отме­чается также, что элементы, имеющие четное значение атомной мас­сы, значительно преобладают: они образуют 86% общей массы зем­ной коры. Следует отметить, что в метеоритах это отклонение еще выше и составляет в металлических метеоритах 92%, в каменных -98%.

Средний химический состав земной коры, по данным разных авторов, приведен в табл. 25:

Таблица 25

Химический состав земной коры, маc. % (Гусакова, 2004)

Элементы и окислы	Кларк, 1924	Фугт, 1931	Гольдшмидт, 1954	Полдерваатр, 1955	Ярошевский, 1971
SiO 2	59,12	64,88	59,19	55,20	57,60
TiO 2	1,05	0,57	0,79	1,6	0,84
Al 2 O 3	15,34	15,56	15,82	15,30	15,30
Fe 2 O 3	3,08	2,15	6,99	2,80	2,53
FeO	3,80	2,48	6,99	5,80	4,27
MnO	0,12	-	-	0,20	0,16
MgO	3,49	2,45	3,30	5,20	3,88
CaO	5,08	4,31	3,07	8,80	6,99
Na 2 O	3,84	3,47	2,05	2,90	2,88
K 2 O	3,13	3,65	3,93	1,90	2,34
P 2 O 5	0,30	0,17	0,22	0,30	0,22
H 2 O	1,15	-	3,02	-	1,37
CO 2	0,10	-	-	-	1,40
S	0,05	-	-	-	0,04
Cl	-	-	-	-	0,05
C	-	-	-	-	0,14

Ее анализ позволяет сделать следующие важные выводы:

1) земная кора сложена в основном из восьми элементов: О, Si, А1, Fе, Са, Мg, Nа, К; 2) на долю остальных 84 элементов приходится менее одного процента массы коры; 3) среди главнейших по распро­страненности элементов особая роль в земной коре принадлежит ки­слороду.

Особая роль кислорода состоит в том, что его атомы со­ставляют 47% массы коры и почта 90% объема важнейших породо­образующих минералов.

Имеется ряд геохимических классификаций элементов. В на­стоящее время получает распространение геохимическая клас­сификация, согласно которой все элементы земной коры делятся на пять групп (табл. 26).

Таблица 26

Вариант геохимической классификации элементов (Гусакова, 2004)

Литофильные - это элементы горных пород. На внешней обо­лочке их ионов находится 2 или 8 электронов. Литофильные элемен­ты трудно восстанавливаются до элементарного состояния. Обычно они связаны с кислородом и составляют основную массу силикатов и алюмосиликатов. Встречаются также в виде суль­фатов, фосфатов, боратов, карбонатов и гадогенидов.

Халькофильные элементы - это элементы сульфидных руд. На внешней оболочкеих ионов располагается 8 (S,Sе,Те) иди 18 (у ос­тальных) электронов. В природе встречаются в виде сульфидов, селенидов, теллуридов, а также в самородном состоянии (Сu,Нg,Аg,Рb,Zn,As,Sb,Вi,S, Sе,Те,Sn).

Сидерофильные элементы - это элементы с достраивающимися электронными d- и f-оболочками. Они обнаруживают специфическое сродство к мышьяку и сере (PtAs 2 , FеАs 2 , NiAs 2 , FeS, NiS, МоS 2 и др.), а также к фосфору, углероду, азоту. Почти все сидерофильные элементы встречаются также и в самородном состоянии.

Атмофильные элементы - это элементы атмосферы. Боль­шинство изних имеет атомы с заполненными электронными оболоч­ками (инертные газы). К атмофильным относят также азот и водород. Вследствие вы­соких потенциалов ионизации атмофильные элементы с трудом вступают в соединения с другими элементами и потому в природе находятся (кроме Н) главным образом в элементарном (самородном) состоянии.

Биофильные элементы - это элементы, входящие в состав орга­нических компонентов биосферы (С,Н,N,О,Р,S). Из этих (в ос­новном) и других элементов образуются сложные молекулы угле­водов, белков, жиров и нуклеиновых кислот. Средний химический состав белков, жиров и углеводов приведен в табл. 27.

Таблица 27

Средний химический состав белков, жиров и углеводов, мас. % (Гусакова, 2004)

В настоящее время в различных организмах установлено более 60 элементов. Элементы и их соединения, требующиеся организмам в сравнительно больших количествах, часто называют макробиогенными элементами. Элементы же и их соединения, которые хотя и не­обходимы для жизнедеятельности биосистем, но требуются в крайне малых количествах, называют микробиогенными элементами. Для растений, например, важны 10 микроэлементов: Fе, Мn, Сu, Zn, В, Si, Мо, С1, W, Со.

Все эти элементы, кроме бора, требуются и животным. Кроме того, животным могут требоваться селен, хром, никель, фтор, йод, олово. Между макро- и микроэлементами нельзя провести четкую и одинаковую для всех групп организмов границу.

Процессы выветривания

Поверхность земной коры подвержена действию атмосферы, что делает ее восприимчивой к физическим и химическим процессам. Физическое выветривание является механическим процессом, в ре­зультате которого порода размельчается до частиц меньшего размера без существенных изменений в химическом составе. Когда сдержи­вающее давление коры устраняется поднятием и эрозией, устраняют­ся и внутренние напряжения в пределах подстилающих пород, по­зволяя расширившимся трещинам открыться. Эти трещины могут потом раздвинуться за счет термического расширения (вызванного суточными флуктуациями температуры), расширения воды в процес­се замерзания, а также воздействия корней растений. Другие физиче­ские процессы, например ледниковая деятельность, оползни и исти­рание песком, производят дальнейшее ослабление и разрушение твердой породы. Эти процессы важны, поскольку они значительно увеличивают поверхностные участки породы, подверженные дейст­вию агентов химического выветривания, например воздуха и воды.

Химическое выветривание вызывается водой - особенно ки­слой водой - и газами, например кислородом, который разрушает ми­нералы. Некоторые ионы и соединения исходного минерала удаляют­ся с раствором, просачивающимся через обломки минералов и пи­тающим грунтовые воды и реки. Тонкозернистые твердые вещества могут вымываться из выветриваемого участка, оставляя химически измененные остатки, которые формируют основу почв. Из­вестны различные механизмы химического выветривания:

1. Растворение. Простейшая реакция выветривания - это раство­рение минералов. Молекула воды эффективна при разрыве ионных связей, например таких, которые соединяют ионы натрия (Na +) и хлора (Cl -) в галите (каменная соль). Мы можем выразить растворе­ние галита упрощенно, т.е.

NaCl (тв) Na + (водн) + Cl - (водн)

2. Окисление. Свободный кислород играет большую роль при разложении веществ в восстановленной форме. Например, окисление восстановленного железа (Fe 2+) и сера (S) в обычном сульфиде, пи­рите (FeS 2) приводит к образованию сильной серной кислоты (H 2 SO 4):

2FeS 2(тв) + 7,5 О 2(г) + 7Н 2 О (ж) 2Fe(OH) 3(тв) + Н 2 SO 4(водн).

Сульфиды часто встречаются в алеврито-глииистых породах, рудных жилах и угольных отложениях. При разработке рудных и угольных месторождений сульфид остается в отработанной породе, которая накапливается в отвалах. Такие отвалы пустой породы име­ют большие поверхности, подверженные влиянию атмосферы, где окисление сульфидов происходит быстро и в больших масштабах. Кроме того, заброшенные рудные выработки быстро затопляются грунтовыми водами. Образование серной кислоты делает дренажные воды с заброшенных рудников сильно кислыми (рН до 1 или 2). Та­кая кислотность может увеличить растворимость алюминия и стать причиной токсичности для водных, экосистем. В окисление сульфи­дов вовлечены микроорганизмы, что можно моделировать рядом ре­акций:

2FeS 2(тв) + 7О 2(г) + 2Н 2 О (ж) 2Fe 2+ + 4Н + (водн) + 4SO 4 2- (водн) (окисление пирита), затем следует окисление железа в :

2Fe 2+ + О 2(г) + 10Н 2 О (ж) 4Fe(OH) 3(тв) + 8Н + (водн)

Окисление - происходит очень медленно при низких значе­ниях рН кислых рудниковых вод. Однако ниже рН 4,5 окисление железа катализируют Thiobacillus ferrooxidans и Leptospirillum. Окисное железо может далее взаимодействовать с пиритом:

FeS 2(тв) + 14 Fe 3+ (водн) + 8Н 2 О (ж) 15 Fe 2+ (водн) + 2SO 4 2- (водн) + 16Н + (водн)

При значениях рН намного выше 3 железо (III) осаждается как обычный оксид железа (III), гетит (FеООН):

Fe 3+ (водн) + 2Н 2 О (ж) FеООН + 3Н + (водн)

Осажденный гетит покрывает дно ручьев и кирпичную кладку в виде характерного желто-оранжевого налета.

Восстановленные железосодержащие силикаты, например некоторые оливины, пироксены и амфиболы, также могут пре­терпевать окисление:

Fe 2 SiO 4(тв) + 1/2O 2(г) + 5H 2 O (ж) 2Fe(OH) 3(тв) + H 4 SiO 4(водн)

Продуктами являются кремниевая кислота (H 4 SiO 4) и коллоид­ный гидроксид железа , слабое основание, которое при де­гидратации дает ряд оксидов железа, например Fе 2 O 3 (гематит - темно-красного цвета), FеООН (гетит и лепидокрокит - желтого цвета или цвета ржавчины). Частая встречаемость этих оксидов же­леза говорит об их нерастворимости в окислительных условиях зем­ной поверхности.

Присутствие воды ускоряет окислительные реакции, о чем сви­детельствует ежедневно наблюдаемое явление окисления металличе­ского железа (ржавчина). Вода действует как катализатор, окисли­тельный-потенциал зависит от парциального давления газообразного кислорода и кислотности раствора. При рН 7 вода в контакте с воз­духом имеет Еh порядка 810 мВ - окислительный потенциал, на­много больший того, который необходим для окисления закисного железа.

Окисление органического вещества. Окисление восстановлен­ного органического вещества в почвах катализируется микроор­ганизмами. Опосредованное бактериями окисление мертвого органи­ческого вещества до СО 2 важно с точки зрения образования кислот­ности. В биологически активных почвах концентрация СО 2 может в 10-100 раз превышать ожидаемую при равновесии с атмосферным СО 2 приводя к образованию угольной кислоты (Н 2 СО 3) и Н + при ее диссоциации. Чтобы упростить уравнения, орга­ническое вещество представлено обобщенной формулой для углево­да, СН 2 О:

СН 2 О (тв) + О 2(г) СО 2(г) + Н 2 О (ж)

СО 2(г) + Н 2 О (ж) Н 2 СО 3(водн)

Н 2 СО 3(водн) Н + (водн) + НСО 3 - (водн)

Эти реакции могут понизить водный рН почв от 5,6(значение, которое устанавливается при равновесии с атмосферным СО 2) до 4- 5. Это является упрощением, поскольку органическое вещество почв (гумус) не всегда полностью разлагается до СО 2 . Однако продукты частичного разрушения обладают карбоксильными (СООН) и фенольными группами, которые при диссоциации дают ионы Н + :

RCOOH (водн) RCOO - (водн) + Н + (водн)

где R означает большую органическую структурную единицу. Кислотность, накапливаемая при разложении органического вещества, используется при разрушении большинства силикатов в процессе кислотного гидролиза.

3. Кислотный гидролиз. Природные воды содержат растворимые вещества, которые придают им кислотность - это и диссоциации атмосферного СО 2 в дождевой воде, и частично диссоциация почвен­ного СО 2 с образованием Н 2 СО 3 , диссоциация природного и антропогенного диоксида серы (SO 2) с образованием Н 2 SO 3 и Н 2 SО 4 . Реак­цию между минералом и кислыми агентами выветривания обычно называют кислотным гидролизом. Выветривание СаСО 3 демонстри­рует следующая реакция:

СаСО 3(тв) + Н 2 СО 3(водн) Са 2+ (водн) + 2НСО 3 - (водн)

Кислотный гидролиз простого силиката, например богатого магнием оливина, форстерита, можно обобщить следующим образом:

Mg 2 SiO 4 (тв) + 4H 2 CO 3(водн) 2Mg 2+(водн) + 4НСО 3 - (водн) + H 4 SiO 4(водн)

Отметим, что при диссоциации Н 2 СО 3 образуется ионизирован­ный НСО 3 - , немного более сильная кислота, чем нейтральная моле­кула (Н 4 SiO 4), образующаяся при разложении силиката.

4. Выветривание сложных силикатов. До сих пор мы рассматри­вали выветривание мономерных силикатов (например, оливина), кото­рые полностью растворяются (конгруэнтное растворение). Это упро­щало химические реакции. Однако присутствие измененных в процессе выветривания минеральных остатков предполагает, что более распро­странено неполное растворение. Упрощенная реакция выветривания на примере богатого кальцием анортита:

CaAl 2 Si 2 O 8(тв) +2H 2 CO 3(водн) +H 2 O (ж) Ca 2+ (водн) +2HCO 3 - (водн) + Аl 2 Si 2 O 5 (OH) 4(тв)

Твердым продуктом реакции является каолинит Аl 2 Si 2 O 5 (OH) 4 , важный представитель глинистых минералов.

Строение и состав земли (литосферы).

Земля, в отличие от других планет Солнечной системы, имеет сильное магнитное поле, что связанно с особенностью её геологического строения. Благодаря зондированию недр Земли сейсмическими волнами удалось установить, что она имеет оболочное строение и дифференцированный химический состав.

Различают три главные концентрически расположеннее области:

Каждая из оболочек Земли представляет собой открытую систему, обладающей определённой автономией и своими внутренними законами развития, но при этом они тесно взаимодействуют друг с другом.

Земная кора это верхний слой твёрдой оболочки Земли.

Средняя мощность (толщина) Земной коры 35 км:

Под океанами она составляет 5 – 12 км:

Под равнинными массивами 30 – 40 км;

Под горными массивами 50 – 70 км.

Земная кора образует 3 (три) слоя:

- «осадочный»;

- «гранитный»;

- «базальтовый».

«Осадочный слой» сложен осадочными породами, образовавшимися за счёт продуктов разложения других пород, а также остатков отмерших животных и растений. Этот слой почти сплошь покрывает поверхность Земли.

Мощность «осадочного слоя» колеблется от 0 до нескольких километров, но в некоторых местах достигает 15 – 25 км.

«Гранитный слой» под океанами отсутствует, на материках сложенный породами типа гранитов, а также гнейсов и других метаморфических пород, Земную кору такого типа называют континентальной. Средняя мощность его:

Под равнинами массивами около 10 км;

Под горными массивами увеличивается до 20 – 30 км.

«Базальтовый слой» лежит ниже «гранитного» по химическому составу соответствует породам, называемым базальтами. Средняя мощность его:

Под равнинными массивами 25 – 30 км;

Под горными массивами – несколько увеличивается;

В областях глубоких океанских впадин под километровым слоем осадков залегает «базальтовый слой», мощность которого составляет лишь 6 км, а в некоторых местах ещё меньше.

Земная кора слагается в основном из 8 (восьми) химических элементов: - кислорода – 50%; - кремния; - алюминия; - железа; - кальция; - магния; - натрия; - калия.

Земная кора более чем наполовину (50%) состоит из двуокиси кремния Sі О 2 и на 14 – 15% из окиси алюминия АL 2 О 3 в сочетании с магнием, железом, кальцием и др. Это и есть привычный для нас «каменный материал». Средняя плотность Земной коры 5510 кг/м 3 или 2,6 – 2,9 г/см 3 .

Состав коры и внешних оболочек непрерывно обновляется.

Так, благодаря выветриванию и сносу вещество континентальной поверхности полностью обновляется за 80 – 100 миллионов лет.

Земная кора и верхний твёрдый слой мантии образуют так называемую литосферу от греческого «литос» - камень, «сфера» - слой.

Толщина литосферы в среднем составляет 100 км, а на континентах и под океанами отличается и составляет в среднем:

На континентах 25 – 200 км;

Под океанами 5 – 100 км.

Часть мантии, лежащей под литосферой, называется астеносферой. Её толщина примерно составляет 100 км, состоит, вероятно, из расплавленных пород. Температура мантии в верхней части астеносферы 1000 0 С. По отношению к размерам всей планеты литосфера не толще яичной скорлупы и составляет всего 1,5 её объёма или 0,8% массы.

Литосфера состоит примерно из 15 (пятнадцати) жестких плит из них 6 – 7 плит являются крупными, которые могут сталкиваться, погружаться друг под друга, надвигаться одна на другую, тереться одна об другую.

Вместе с плитами могут перемещаться и континенты. Эти плиты иногда называются платформами.

Литосферная плита может быть образована:

Материковой литосферой;

Океанической литосферой.

Плиты Земной коры постепенно перемещаются в различных направлениях соотносительно медленной скоростью до 5 см в год (примерно с такой скоростью растут наши ногти).

Края плит называются границами. Учёными причины движения плит пока не изучены.

Постоянная активность астеносферы приводит тектонические плиты в движение, они:

Сближаются (расходятся); - сталкиваются; - расходятся; - сцепляются; - трутся одна о другую.

В случае столкновения.

Океанские плиты

Одна из океанских плит уходит, под другую и расплавляясь, опускаются в мантию и поглощаются ей. Магма устремляется через литосферу вверх и возле границы на оказавшейся вверху плите образуется цепь вулканов.

У опустившейся плиты образуется впадина – Марианская впадина – глубиной около 11км в Тихом океане.

Материковые плиты.

Там где лоб в лоб сталкиваются две плиты.

На границе между океанской и материковой плитами океанская плита «подныривает» под материковую, создавая на поверхности глубокую впадину или желоб.

Погружаясь, всё глубже в мантию плита начинает, расплавляться. Кора верхней плиты сдавливается и на ней вырастают , горы некоторые из них представляют, вулканы в случае трения плит.

Они трутся боками, двигаясь либо в противоположном, либо в одном направлении, но с различными скоростями.

На границах этих плит литосфера не разрушается.

Подземные толчки могут пройти всюду, где горные породы перемещаются вдоль разломов Земной коры, но сильные землетрясения, как правило, возникают в чётко определённых зонах. Наиболее часто они случаются в вулканических зонах, например, в «огненном кольце» Тихого океана.

В случае расхождения или сближения литосферных плит.

Если раньше Земля была единым континентом , который разделился на современные материки, то последние 40 тысяч лет континенты начали объединяться. Так Африка всё ближе подползает к Европе.

Этот процесс вызывает рост Альп и Пиренеев, а также серьёзные землетрясения в Италии, Греции, Турции.

Средиземное море уменьшается.

Учёные предполагают, что в результате сближения Северной и Южной Америки в сторону Азии через Тихий океан, Атлантический океан будет расширяться.

Через несколько сот миллионов лет может возникнуть новый континент Америко – Азиатский.

Мантия (от греческого «мантион» - покрывало, плащ) представляет собой промежуточную оболочку между Земной корой и ядром, которая располагается на глубину от 6 – 70 до 2900 км и составляет основной объём планеты.

Масса мантии составляет 31% Земли.

Мантия имеет сложное строение и подразделяется на:

- верхнюю от 6 – 70 до 100 – 300 км – в ней формируются очаги глубокофокусных землетрясений. Её называют астеносферой;

- среднюю от 100 – 300 до 950 км;

- нижнюю 950 – 2900 км.

Мантию образуют различные силикатные соединения основу, которых составляет кремний.

Вещества мантии могут быть от твёрдого до жидко расплавленного и аморфного – пластического состояния . Это полужидкая – полувязкая расплавленная масса.

В зависимости от мощности (глубины) Земли возрастает:

Давление и плотность пород;

Повышается их температура.

Источники внутренней тепловой энергии Земли ещё недостаточно изучены. Главным из них считают:

Радиоактивный распад элементов;

Перераспределение материалов по плотности в мантии, которое сопровождается, выделением значительного количества тепла ядро планеты вероятнее всего является, основным источником внутренней энергии Земли, поставляющим тепло в мантию.

Ядро как «гигантский котёл» без стенок, в котором «выравниваются» компоненты других геосфер.

Более плотные вещества (по сравнению с Земной корой) остаются в мантии.

Её плотность изменяется от – 3,3 г\см 3 у верхней мантии на глубине 50 – 980 км до 5,5 г/см 3 на глубине 950 – 2900 км.

Давление у верхней границе мантии составляет около 900000 кПа или 9000 атм, а у нижней границе около 140 млн. кПа или 1,4 млн. атм.

Получив тепло от ядра, мантия разогревается от 800 0 С наверху до 2250 0 С на глубине 2900 км.

Земное ядро

Ядро занимает центральную область земного геоида, составляет 68% массы Земли и разделяется на две части:

Внешнее;

Внутреннее.

Внешнее ядро располагается в интервале 2900 – 5100 км. Между внешним и внутренним ядром нет чёткой границы. Предполагают, что внешнее ядро состоит из железа (52%) и жидкой смеси твёрдых веществ, образуемую железом и серой (48%). Температура плавления такой смеси оценивается примерно равной 3200 0 С. Вещество внешнего ядра находится «по-видимому» в жидком состоянии, однако плотность его достигает 9,9 – 12,2 г/см 3 . Давление у нижней граници внешнего ядра достигает свыше 300 млн. кПа или 3 млн. атм.

С жидким состоянием внешнего ядра связывают представления о природе, земного магнетизма, полагая, что магнитное поле Земли зарождается в глубинах планеты. Магнитное поле изменчиво. Из года в год меняется положение магнитных полюсов. Убедительные эксперименты показали, что на протяжении последних 80 миллионов лет имело место не только изменение напряжения поля, но и многократное систематическое перемагничивание, в результате которого северный и южный магнитные полюса Земли менялись местами.

Представляют, что причиной этого явления является масса жидкого ядра, перемещающаяся при вращении Земли вокруг своей оси.

Внутреннее ядро располагается в интервале 5100 – 6371 км. и находится предположительно в твёрдом состоянии, причём плотность его достигает 13,6 г/см 3 , а давление в центре Земли достигает 350 млн. кПа или 3,5 млн. атм.

Предполагают, что ядро состоит из железа (80%) и никеля (20%), что идентично составу железных метеоритов. Этот сплав при давлении земных недр должен иметь температуру в интервале 2250 0 – 5000 0 С.

Строение литосферы

Литосфера Земли состоит из двух слоев: земной коры и части верхней мантии. Границей между ними является т.н. граница Мохоровичича, выделяемая на основании увеличения скорости распространения продольных сейсмических волн и плотности вещества.

Земная кора - это верхняя твёрдая оболочка Земли. Кора не является уникальным образованием, присущим только Земле, т.к. есть на большинстве планет земной группы, спутнике Земли - Луне и спутниках планет-гигантов: Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Однако только на Земле кора бывает двух типов: океанической и континентальной. В пограничных областях развивается земная кора промежуточного типа - субконтинентальная или субокеаническая, формирующаяся, например, в зонах островных дуг. В зонах срединно-океанических хребтов можно выделить кору рифтогенного типа, в связи с отсутствием в этих зонах габбро-серпентинитового слоя и близким положением астеносферы.

Океаническая земная кора состоит из трёх слоёв: верхнего осадочного, промежуточного базальтового и нижнего габбро-серпентинитового, который до последнего времени включался в состав базальтового.

Толщина её составляет от 2 км в зонах срединно-океанических хребтов до 130 км в зонах субдукции, где океаническая кора погружается в мантию. Связано данное различие с тем, что в зонах срединно-океанических хребтов океаническая кора образуется, по мере удаления от хребтов её мощность возрастает, редко превышая значение в 7 км, достигая максимума в зонах погружения коры в верхнюю мантию. Наибольшее количество зон субдукции приходится на Тихий океан; с ними связывают мощные моретрясения.

Осадочный слой, покрывающий расплав невелик: его толщина редко превышает 0,5 км, лишь вблизи дельт крупных рек достигая толщины в 10-12 км. Состоит осадочный слой из песка, отложений остатков животных и осаждённых минералов. В его основании часто залегают тонкие не выдержанные по простиранию металлоносные осадки с преобладанием оксидов железа. Нижняя часть слоя сложена карбонатными породами, которые на больших глубинах не обнаруживаются, в связи с растворением при большом давлении раковин фораминифер и кокколитофорид, слагающих карбонатные породы. На глубинах превышающих 4,5 км карбонатные породы замещаются красными глубоководными глинами и кремнистыми илами.

Базальтовый слой в верхней части сложен базальтовыми лавами толеитового состава, которые называют ещё подушечными из-за характерной формы. Ниже лежит дайковый комплекс, образованный долеритовыми дайками. Дайки представляют собой каналы, по которым базальтовая лава изливалась на поверхность. По этой причине базальтовый слой обнажается во многих местах примыкающих к срединно-океаническим хребтам.

В зонах субдукции базальтовый слой превращается в экголиты, которые имея плотность больше чем окружающие перидотиты (самые распространённые мантийные породы) погружаются в глубину. Масса экголитов в настоящее время составляет около 7 % от массы всей мантии Земли.

Габбро-серпентинитовый слой лежит непосредственно над верхней мантии. В его составе выделяются габброиды и серпентинизированный перидотит, образующиеся соответственно при медленной кристаллизации базальтовых расплавов в магматическом очаге и при гидратации основных пород мантии по трещинам литосферы. Мощность слоя составляет 3-6 км; он прослеживается во всех океанах. Скорости продольных сейсмических волн в пределах слоя составляют 6,5-7 км/сек.

Возраст океанической земной коры в среднем составляет 100 млн. лет. Самые старые участки океанической земной коры имеют возраст 156 млн. лет (поздняя юра) и располагаются во впадине Пиджафета в Тихом океане.

Столь молодой возраст объясняется постоянным образованием и поглощением океанической коры. Ежегодно в рифтовых зонах срединно-океанических хребтов в результате происходящей под ними сепарации базальтовой лавы и её излияния на поверхность океанического дна образуется 24 км 3 магматических пород массой 70 млрд. тонн. Если учесть, что общая масса океанической земной коры согласно расчётам составляет 5,9×10 18 тонн, то получается, что вся океаническая кора обновляется за 100 млн. лет, что и принимается за её средний возраст. Толщина океанической земной коры со временем практически не меняется, в связи с построением её из выделившегося расплава.

Океаническая земная кора сосредоточена не только в пределах ложа Мирового океана. Небольшие древние её участки известны в закрытых бассейнах, примером которых может служить северная впадина Каспийского моря. Общая площадь океанической земной коры составляет 306 млн.км 2 .

Континентальная земная кора, как видно из названия, лежит под континентами Земли и крупными островами. В отличие от океанической континентальная земная кора состоит из трёх слоёв: верхнего осадочного, среднего гранитного и нижнего базальтового. Толщина подобного типа земной коры под молодыми горами достигает 75 км, под равнинами составляет от 35 до 45 км, под островными дугами сокращается до 20-25 км.

Осадочный слой континентальной земной коры формируется: глинистыми отложениями и карбонатами мелководных морских бассейнов в пределах протерозойских платформ; грубообломачными фациями, сменяемыми выше по разрезу песчано-глинистыми отложениями и карбонатами прибрежных фаций в краевых прогибах и на пассивных окраинах континентов атлантического типа.

Гранитный слой земной коры формируется в результате вторжения магмы в трещины земной коры. Состоит из кремнезёма, алюминия и других минералов. Мощность гранитного слоя достигает 25 км. Скорость продольных сейсмических волн составляет от 5,5 до 6,3 км/сек. Слой очень древний: его средний возраст около 3 млрд. лет.

На глубинах 15-20 км, часто прослеживается граница Конрада, вдоль которой скорость распространения продольных сейсмических волн увеличивается на 0,5 км/сек. Граница разделяет гранитный и базальтовый слои.

Базальтовый слой формируется при излиянии основных (базальтовых) лав на поверхность суши в зонах внутриплитного магматизма. Базальт тяжелее гранита, содержит больше железа, магния и кальция. Скорость продольных сейсмических волн в пределах слоя от 6,5 до 7,3 км/сек.

Граница между гранитным и базальтовыми слоями в ряде мест проходит по т.н. поверхности Конрада, в пределах которой происходит скачкообразный рост скорости продольных сейсмических волн с 6 до 6,5 км/сек. В других местах скорость продольных сейсмических волн растёт постепенно и граница между слоями размыта. И, наконец, есть области, где наблюдаются сразу несколько поверхностей в пределах которых происходит возрастание сейсмических волн.

Общая масса земной коры оценивается в 2,8×10 19 тонн, что составляет лишь 0,473% от массы всей планеты Земля.

Снизу земная кора отделена от верхней мантии границей Мохоровичича или Мохо, установленной в 1909 году хорватским геофизиком и сейсмологом Андреем Мохоровичичем. На границе происходит резкий рост скоростей продольных и поперечных сейсмических волн. Возрастает также плотность вещества. Граница Мохо может не совпадать с границами земной коры, по-видимому разделяя области разного химического состава: лёгкие кислые земной коры и плотные ультраосновные мантийные.

Слой лежащий под земной корой называется мантией. Мантия делится слоем Голицына на верхнюю и нижнюю, граница между которыми проходит на глубине около 670 км.

В пределах верхней мантии выделяется астеносфера - пластинчатый слой, в пределах которого скорости сейсмических волн понижаются.