Тема 1. Внутреннее строение и состав Земли

Понятие о геосферах

Для непосредственного изучения доступны лишь самые верхние слои земной коры. Об их строении можно судить по данным естественных обнажений пород в горах, где земная кора вскрывается на глубину нескольких километров, и по материалам глубоких скважин. Так как радиус Земли составляет около 6371 км, то возможности прямого изучения глубинных недр Земли совсем ничтожны. Поэтому основным источником информации о внутреннем строении Земли являются сейсмологические методы, основанные на изучении упругих волн, вызванных землетрясением и взрывами. Установлено, что скорость распространения сейсмических волн внутри Земли на определенных глубинах меняется скачкообразно, свидетельствуя о наличии четких границ раздела.

К настоящему времени в Земле выделяют около 10 границ раздела, причем основными из них являются:

1) поверхность Мохоровичича (или сокращено Мохо), которая залегает на глубинах 30-70 км под континентами и 5-7 км под дном океана;

2) поверхность Вихерта-Гутенберга, которая залегает на глубине 2900 км.

Эти основные границы делят нашу планету на три концентрические оболочки, или геосферы:

1) Земная кора - внешняя оболочка Земли, расположенная над поверхностью Мохо;

2) Мантия Земли - промежуточная оболочка, ограниченная поверхностью Мохо вверху и поверхностью Вихерда-Гутенберга внизу;

3) Ядро Земли - центральное тело нашей планеты, расположенное глубже поверхности Вихерта-Гутенберга.

Земная кора по массе составляет небольшую долю от общей массы Земли. По мощности и составу выделяются три типа земной коры:

1) материковая кора,

2) океаническая кора,

3) кора переходных областей.

Материковая кора характеризуется максимальной мощностью, достигающей 70 км. Она состоит из трех слоев.

Верхний слой, представленный осадочными породами небольшой плотности (в среднем 2,3 г/см³), имеет мощность, не превышающую 10-15 км.

Ниже залегает гранитный слой мощностью 10-20 км, представленный магматическими и метаморфическими породами преимущественно кислого состава. Значения плотности здесь изменяются в пределах 2,5-2,67 г/см³.

В подошве залегает базальтовый слой мощностью до 40 км. Плотность слагающих его пород 2,8-3,3 г/см³. Он сложен преимущественно магматическими породами основного состава.

Границей гранитного и базальтового слоев является поверхность Конрада, которая прослеживается под материками на глубине 10-30 км.

Океаническая кора характеризуется минимальной мощностью 5-7 км. Она состоит из двух слоев: верхний- осадочный и нижний- базальтовый. Мощность осадочного слоя здесь не превышает нескольких сотен метров, базальтового слоя 4-10 км.

Кора переходных областей обычно характерна для периферии крупных континентов, где развиты окраинные моря, имеются архипелаги островов. По строению, мощности и плотности пород кора переходных областей занимает промежуточное место между материковой и океанической.

На основании многочисленных химических анализов минералов и горных пород, слагающих верхнюю изученную часть земной коры, было вычислено среднее процентное содержание химических элементов в земной коре. Такое содержание называется кларковым, по имени ученого Ф.Кларка, впервые составившего схему распространения химических элементов в земной коре.

Наибольшие кларки в земной коре имеют кислород 49%, кремний 26%, алюминий 7%. На долю этих трех элементов приходится 82%.

Следующие пять элементов- железо, кальций, натрий, калий и магний-составляют 15% массы земной коры. Таким образом, в строении коры преобладают легкие элементы, что обуславливает относительно невысокую ее плотность-в среднем 2,7-3,2 г/см³.

Мантия является самым крупным элементом Земли - она занимает 83% объема планеты и около 67% ее массы. Она разделяется на три слоя:

1) верхняя мантия или слой Гутенберга, простирается до глубины 410 км. Внутри этого слоя в интервале глубин 70-150 км отмечается снижение скорости распространения сейсмических волн, что указывает на пребывание вещества в состоянии, близком к расплавлению. Эта зона внутри верхней мантии получила название астеносферы. В ней располагаются первичные очаги вулканов и проявляются процессы, вызывающие тектонические движения в земной коре.

Земную кору вместе с частью верхней мантии, расположенной над астеносферой, принято объединять под общим названием литосферы.

2) средняя мантия, или слой Голицына расположена до глубины 950 км. В ней скорости распространения сейсмических волн резко возрастают.

3) нижняя мантия расположена до глубины 2900 км. Здесь скорости сейсмических волн возрастают незначительно.

В целом плотность вещества в мантии возрастает от 3,3 у границы Мохо до 5,2 г/см³ в нижней мантии.

В мантии возрастают кларки магния, железа и снижаются кларки кремния, алюминия. Вещество в целом силикатное, преобладают кремний и магний.

Ядро Земли занимает около 17% объема и 33 % массы. Оно разделяется на два слоя: внешнее ядро на глубине с 2900 до 5000 км и внутреннее ядро с 5000 км до центра Земли.

Во внешнем ядре скорости прохождения сейсмических волн снова возрастают, что указывает на твердое состояние вещества. Плотность ядра возрастает в направлении к его центру с 9,4 до 16 г/см³, составляя в среднем 11-12 г/см³. В ядре резко возрастают кларки тяжелых элементов, особенно железа и никеля, полагают даже, что ядро в целом железо-никелевое.

 

Тема 2 Минералы

Минералы - это химические соединения или самородные элементы, возникшие в результате природных процессов.

Подавляющая масса минералов находится в твердом состоянии (например, кварц, слюда, кальцит), реже в жидком (ртуть) или газообразном (сероводород).

В природе известно свыше 2000 минералов, но лишь около 25 из них имеют широкое распространение и играют существенную роль в сложении горных пород. Они называются породообразующими минералами и изучаются в курсе общей геологии. Большинство породообразующих минералов находится в кристаллическом состоянии и лишь незначительная часть в аморфном. В кристаллическом теле атомы образуют правильную кристаллическую решетку, а в аморфном веществе закономерность в расположении атомов отсутствует.