Состояние и состав оболочек Земли

Тем не менее, биосфера Земли представляет собой тонкий слой фрагментарного строения, обволакивающий всю планету и занимающий ничтожную часть ее массы по сравнению со всеми другими глубинными оболочками. В историческом плане, следуя В.И. Вернадскому, можно считать, что не только осадочная оболочка - стратисфера, но и вся континентальная кора Земли являются областью былых биосфер.

Проявления органической жизни охватывают всю биосферу, активно воздействуя на геохимические круговороты различных элементов. В состав организмов в первую очередь входят те химические элементы, которые относятся к газовым и легкоподвижным компонентам планеты и за пределами организмов образуют летучие и легкоподвижные химические соединения, с которыми связан баланс вещества атмосферы и гидросферы в первую очередь.

В биосфере присутствует огромное разнообразие живых организмов. Они по способу питания и отношению к внешней среде подразделяются на автотрофные, потребляющие неорганические минеральные вещества, и гетеротрофные, питающиеся другими организмами или органическими веществами. К первым относятся зеленые растения и некоторые микроорганизмы, ко вторым - все животные, грибы и значительная часть микроорганизмов. Однако выделяется еще небольшая группа организмов - миксотрофы, - которые сочетают оба вида питания (водные одноклеточные организмы).

Большинство организмов являются аэробными, т.е. живущими в среде с присутствием свободного кислорода воздуха. Меньшая часть, преимущественно микроорганизмов, относится к анаэробным, обитающим вне кислородной среды - нижних горизонтах почвы, на дне морских и пресноводных водоемов. Взаимоотношение живых организмов с компонентами биосферы представлено на рис. 2.

Рис. 2. Взаимоотношение различных частей биосферы.

ЛИТОСФЕРА

Литосфера в качестве научного термина как твердая верхняя оболочка Земли была предложена Э. Зюссом. В настоящее время принято считать, что земная кора является лишь частью верхней литосферы, которая занимает более обширный объем. Согласно современным представлениям, литосфера есть верхняя твердая оболочка Земли, имеющая большую прочность и переходящая без определенной четкой границы в нижележащую астеносферу, прочность материала которой относительно мала.

Астеносфера (термин предложен Дж. Бареллом в 1914 г.), представляет слой мантии, способный к вязкому и пластическому течению под действием относительно малых напряжений.

Пластичность мантии в области астеносферы позволяет литосфере двигаться как по вертикали, так и в горизонтальном направлении, что приводит к различным деформациям земной коры - горообразованию, складчатости, континентальному дрейфу. На основании результатов космогеодезических измерений и данных палеомагнетизма, можно считать доказанным, что тектоническое развитие верхних оболочек твердой Земли определяется перемещением и взаимодействием литосферных плит. В связи с этим получает признание новейшая геологическая теория, рассматривающая литосферу Земли как систему подвижных блоков - литосферных плит. При этом процессы дифференциации вещества мантии Земли и образование океанической и континентальной коры связывается с движением литосферных плит.

Согласно новой глобальной теории литосферных плит - внешняя жесткая оболочка Земли - _: литосфера - находится в непрерывном движении и состоит из нескольких крупных блоков, имеющих в поперечнике многие тысячи километров - литосферных плит. Каждая литосфер пая плита перемещается по астеносфере от зон растяжения, где формируются их новые участки с океаническим типом коры, к зонам сжатия, где они сталкиваются и засасываются в глубь мантии. Схематический разрез земной коры и литосферы, показывающий указанные соотношения, показан на рис. 3.

Рис. 3. Строение земной коры и верхней мантии.

Верхний слой литосферы представлен земной корой - наиболее неоднородной твердой оболочкой Земли, сложенной минеральными ассоциациями в виде осадочных, изверженных и метаморфических горных пород. Основанием земной коры принято считать сейсмическую границу Мохоровичича (Мохо). Она находится на разной глубине и отмечает резкий скачок в возрастании скорости сейсмических волн. Проходя сквозь границу Мохо, продольные сейсмические волны увеличивают свою скорость с 6,5 до 8 км/с, а поперечные от 3,7 до 4,5 км/с. Граница эта находится на глубинах 30 - 80 км в области континентов и 15 - 5 км в области океанов. Вся сумма наших знаний по геологии, геофизике и геохимии свидетельствует о том, что дно океанов и континенты - это структуры ведущего планетарного значения. Они отличаются друг от друга строением земной коры, ее составом и характером геологического развития. Мощность земной коры в пределах континентов и океанического дна неодинакова. Современное строение земной коры, согласно данным А.Б. Ронова и А.А. Ярошевского, показано в таблице 5. В ней же указан химический состав каждого типа земной коры, выраженный в окислах. Выделены три типа земной коры: континентальный со средней мощностью 43,6 км, субконтинентальный 23,7 км и океанический 7,3 км. Разная мощность (толщина) земной коры связаны с различным составом слагающих ее горных пород. Океаническая кора состоит в основном из базальтового материала, а континентальная - из материала близкого к гранитам. Гранитные породы содержат больше кремнекислоты и меньше магния, железа и кальция, чем породы базальтовые. На континентах слои осадочных и метаморфических пород имеют прерывистый характер. Так в области развития докембрийских щитов иногда отсутствуют осадочные породы.

Таблица 5

Химический состав земной коры (%)

Строение земной коры отражается на рельефе земного шара, который имеет отчетливо выраженный асимметричный характер. По рельефу земной шар подразделяется на две основные части (полушария) - океаническую и континентальную. Так, если разделить земной шар по Тихоокеанскому побережью материков - по краевым частям Восточной Азии, западным частям Северной и Южной Америки, то он будет состоять из двух полушарий: материкового, где сосредоточены все материки вместе с Атлантическим и Индийским океанами, и океанического, занятого Тихим океаном, который имеет поверхность 165,2 млн. км, что превышает площадь всех материков вместе взятых - 148,9 млн. км².

Наблюдаемая часть земной коры в пределах континентов по составу приближается к граниту, поэтому часто говорят о гранито-осадочно-метаморфическом слое земной коры, как наиболее изученном.

Нижний слой земной коры у основания границы Мохоровичича принято называть базальтовым. Однако это название условно, поскольку в состав этой части земной коры входят и другие породы - типа амфиболитов и габбро. Таким образом земная кора состоит из двух основных слоев: гранитного (гранито-метаморфичеекого) и подстилающего базальтового слоя, которые перекрываются осадочными породами. На дне океанов, за исключением краевых частей, прилегающих к континентам (субконтинентальная кора), гранитный слой полностью отсутствует и земная кора представлена в основном базальтовыми породами.

Общий химический состав земной коры определяется немногими химическими элементами. Их распространенность выражается следующими величинами:

Ведущим и наиболее распространенным элементом в земной коре является кислород (О²), входящий в структуру всех породообразующих минералов и составляющий едва ли не половину ее массы. По объему, в связи с крупными размерами иона, он занимает 93,8% пространства. Таким образом, в количественном отношении земная кора - это царство кислорода, который химически прочно связан с другими химическими элементами и в ходе геологического развития не покидает породообразующие минералы.

Среди минералов земной коры преобладают силикаты. Наиболее распространенными породообразующими минералами являются плагиоклаз, кварц, пироксен, амфибол, биотит, магнетит и другие.

Земная кора сложена горными породами различного типа и различного происхождения. Их распространенность в объемном выражении может быть представлена следующими величинами:

Осадочные породы 9,2%

Метаморфические породы 20,0%

Магматические породы 70,8%

Поверхность континентов на 80% занята осадочными породами, а океаническое дно покрыто почти полностью свежими осадками, как продуктами сноса материала континентов и деятельности морских организмов.

Распространенность химических элементов в земной коре предопределяет характер ее минерального и петрографического состава (рис. 4).

Земная кора - верхний твердый слой нашей планеты - первоначально возникла как продукт выплавления материала мантии, который в дальнейшем ходе геологической истории оказался существенно переработанным в биосфере под влиянием воздуха, воды, деятельности живых организмов. В ходе этого преобразования установилось минеральное и химическое различие между осадочными и магматическими породами, состоящее в следующем:

1. Отношение окисного железа к записному (Fe₂O₃: FeO) в осадочных и изверженных породах имеет противоположное значение. В осадочных породах преобладает окисное железо. Это вызвано тем, что осадочные породы формировались в биосфере в присутствии свободного кислорода, который привел к окислению огромных масс железа, а также других поливалентных химических элементов.

2. Содержание натрия в осадочных породах значительно понижено (почти в 3 раза) по сравнению с породами изверженными, при почти одинаковом содержании калия. Это, по-видимому, связано с тем, что натрий в условиях биосферы легко выщелачивается природными водами и уносится в океан, где он аккумулируется в пелагических осадках океана.

3. Осадочные породы более обогащены Н₂О и СО₂, которые как компоненты встречаются в изверженных породах в довольно небольших концентрациях.

4. Осадочные породы в разном количестве, в зависимости от условий своего образования, содержат органический углерод, отсутствующий обычно в глубинных магматических породах. Органические соединения в осадочных горных породах это продукты фотосинтеза, протекавшего в биосфере Земли с незапамятных времен.

Современная континентальная кора, которая вполне удовлетворительно закартирована, может быть представлена как сложное сочетание геологических комплексов разного возраста. Они на поверхности образуют геологические провинции, характеризующиеся возрастными значениями, представленными в таблице 6. Видно, что большая часть поверхности современных континентов сложена относительно молодыми провинциями. Они представлены преимущественно фанерозойскими формациями, а среди докембрийских комплексов наиболее развиты протерозойские в возрастном интервале 1800 - 2250 млн. лет.

Таблица 6