Средняя плотность земной коры. Вещественный состав земли. Основные этапы эволюции земной коры

Химический состав земной коры был определен по результатам анализа многочисленных образцов горных пород и минералов, выходящих на поверхность земли при горообразовательных процессах, а также взятых из горных выработок и глубоких буровых скважин.

В настоящее время земная кора изучена на глубину до 15-20 км. Она состоит из химических элементов, которые входят в состав горных пород.

Наибольшее распространение в земной коре имеют 46 элементов, из них 8 составляют 97,2-98,8 % ее массы, 2 (кислород и кремний) -75 % массы Земли.

Первые 13 элементов (за исключением титана), наиболее часто встречающиеся в земной коре, входят в состав органического вещества растений, участвуют во всех жизненно необходимых процессах и играют важную роль в плодородии почв. Большое количество элементов, участвующих в химических реакциях в недрах Земли, приводит к образованию самых разнообразных соединений. Химические элементы, которых больше всего в литосфере, входят в состав многих минералов (из них в основном состоят разные породы).

Отдельные химические элементы распределяются в геосферах следующим образом: кислород и водород заполняют гидросферу; кислород, водород и углерод составляют основу биосферы; кислород, водород, кремний и алюминий являются основными компонентами глин и песчаных пород или продуктов выветривания (они в основном составляют верхнюю часть коры Земли).

Химические элементы в природе находятся в самых различных соединениях, называемых минералами.

7.Минералы в земной коре – определение, классификация, свойства.

Земная кора состоит в основном из веществ, называемых минералами - от редких и чрезвычайно ценных алмазов до различных руд, из которых получают металлы для наших повседневных нужд.

Определение минералов

Часто встречающиеся минералы, такие как полевые шпаты, кварц и слюда, называются породообразующими. Это отличает их от минералов, которые находят только в небольших количествах. Кальцит - еще один породообразующий минерал. Он формирует известняковые породы.

В природе существует так много минералов, что минералогам пришлось выработать целую систему их определения, основанную на физических и химических свойствах. Иногда распознать минерал помогают очень простые свойства, например, цвет или твердость, а порой для этого требуются сложные тесты в лабораторных условиях с применением реагентов.

Некоторые минералы, такие как лазурит (синий) и малахит (зеленый), можно распознать по цвету. Но цвет часто обманчив, потому что у многих минералов он довольно широко варьируется. Различия в цвете зависят от примесей, температуры, освещения, радиации и эрозии.

Классификация минералов

1. Самородные элементы

Около 90 минералов - 0,1% массы земной коры

Золото, платина, серебро - драгоценные металлы, медь - цветной металл, алмаз - драгоценный камень, графит, сера, мышьяк

2 . Сульфиды

Около 200 минералов - 0,25 % массы земной коры

Сфалерит - цинковая руда, галенит - свинцовая руда, халькопирит - медная руда, пирит - сырье для химической промышленности, киноварь - ртутная руда

3 . Сульфаты

Около 260 минералов, 0,1% массы земной коры

Гипс, ангидрит, барит - цементное сырье, поделочный камень и др.

4 . Галлоиды

Около 100 минералов

Галит - каменная соль, сильвин - калийное удобрение, флюорит - фторид

5 . Фосфаты

Около 350 минералов - 0,7% массы земной коры

Фосфорит - удобрение

6 . Карбонаты

Около 80 минералов, 1,8% массы земной коры

Кальцит, арагонит, доломит - строительный камень; сидерит, родохрозит - руды железа и марганца

7. Окислы

Около 200 минералов, 17% массы земной коры

Вода, лед; кварц, халцедон, яшма, опал, кремень, корунд -драгоценные и полудрагоценные камни; бокситовые минералы - руды алюминия, минералы руд железа, олова, марганца, хрома и др.

8. Силикаты

Около 800 минералов, 80% земной коры

Пироксены, амфиболы, полевые шпаты, слюды, серпентин, глинистые минералы - основные породообразующие минералы; гранаты, оливин, топаз, адуляр, амазонит - драгоценные и полудрагоценные камни.

Свойства

Блеск - весьма характерный признак многих минералов. В одних случаях он очень похож на блеск металлов (галенит, пирит, арсенопирит), в других - на блеск стекла (кварц), перламутра (мусковит). Немало и таких минералов, которые даже в свежем изломе выглядят матовыми, т. е. не имеют блеска.

Замечательной особенностью многих природных соединений служит их окраска. Для ряда минералов она постоянна и весьма характерна. Например: киноварь (сернистая ртуть) всегда обладает карминно-красным цветом; для малахита характерна яркозеленая окраска; кубические кристаллики пирита легко узнаются по металлически-золотистому цвету и т. д. Наряду с этим окраска большого количества минералов изменчива. Таковы, например, разновидности кварца: бесцветные (прозрачные), молочно-белые, желтовато-бурые, почти черные, фиолетовые, розовые.

Минералы различаются и по другим физическим свойствам. Одни из них настолько тверды, что легко оставляют царапины на стекле (кварц, гранат, пирит); другие сами царапаются обломками стекла или острием ножа (кальцит, малахит); третьи обладают настолько низкой твердостью, что легко чертятся ногтем (гипс, графит). Одни минералы при раскалывании легко расщепляются по определенным плоскостям, образуя обломки правильной формы, похожие на кристаллы (каменная соль, галенит, кальцит); другие дают в изломе кривые, "раковистые" поверхности (кварц). Широко варьируют и такие свойства, как удельный вес, плавкость и др.

Столь же различны и химические свойства минералов. Одни легко растворяются в воде (каменная соль), другие растворимы лишь в кислотах (кальцит), третьи устойчивы даже по отношению к крепким кислотам (кварц). Большинство минералов хорошо сохраняется в воздушной среде. Однако известен ряд природных соединений, легко подвергающихся окислению или разложению за счет кислорода, углекислоты и влаги, содержащихся в воздухе. Давно установлено также, что некоторые минералы под воздействием света постепенно меняют свою окраску.

Все эти свойства минералов находятся в причинной зависимости от особенностей химического состава минералов, от кристаллической структуры вещества и от строения атомов или ионов, входящих в состав соединений.

Вспомните

• Что вы знаете о внутреннем строении Земли? Какие горные породы вам известны? По каким свойствам они различаются?

Недра Земли - загадочный и гораздо менее доступный мир, чем окружающий нашу планету космос. Еще не изобретен такой аппарат, в котором можно было бы проникнуть в глубины планеты. Самая глубокая в мире шахта имеет глубину 4 км, самая глубокая буровая скважина на Кольском полуострове - 12 км. Это всего лишь 1/500 часть радиуса Земли!

Однако люди научились «заглядывать» в земные глубины. Главный метод их изучения - сейсмический (от греч. «сейсмос» - землетрясение). От землетрясений или искусственных взрывов в недрах Земли распространяются колебания. В разных по составу и плотности веществах они распространяются с разной скоростью. С помощью приборов специалисты измеряют эти скорости и расшифровывают информацию.

Установлено, что недра нашей планеты разделены на несколько оболочек: ядро, мантию и земную кору (рис. 33).

Ядро - центральная часть земного шара. В нем очень высокое давление и температура 3000-4000 °С. Ядро состоит из самого плотного и тяжелого вещества, предположительно железа. На ядро приходится около 30% массы Земли, но только 15% ее объема. Внутренняя твердая часть ядра как бы плавает во внешнем, жидком слое. Благодаря такому движению вокруг Земли возникает магнитное поле. Оно защищает жизнь на нашей планете от вредных космических лучей. На магнитное поле реагирует стрелка компаса.

Рис. 33. Внутреннее строение Земли

По мнению ученых, расслоение вещества Земли на ядро, мантию и земную кору происходило с момента образования планеты 4,6 млрд лет назад и продолжается до настоящего времени. Более тяжелые вещества опускаются к центру Земли и еще более уплотняются, легкие- поднимаются вверх и образуют земную кору. При перераспределении вещества Земли выделяется тепло - главный источник внутренней энергии Земли. Когда расслоение земных недр полностью закончится, Земля станет холодной и мертвой планетой. По расчетам, это может произойти через 1,5 млрд лет.

Мантия (от греч. «мантия» - покрывало, плащ) - самая большая из внутренних оболочек Земли. На мантию приходится основной объем (более 80%) и масса (почти 70%) нашей планеты. Вещество мантии твердое, но менее плотное, чем в ядре. Давление и температура в мантии увеличиваются с глубиной. В верхней части мантии есть слой, где вещество частично расплавлено и пластично. По этому пластичному слою перемещаются твердые слои, лежащие выше.

Земная кора - самая тонкая, наружная оболочка Земли. На долю земной коры приходится меньше 1% массы земного шара. Именно на поверхности земной коры живут люди, из нее они добывают полезные ископаемые. В разных местах земную кору пронизывают многочисленные шахты и буровые скважины. Миллионы образцов, отобранные из них и с поверхности Земли, позволили определить состав и строение земной коры.

Полевые шпаты составляют половину массы земной коры. Даже название «полевые» они получили из-за повсеместного распространения. Их можно встретить везде: в горах, в поле...

Кварц - один из самых распространенных минералов. Бесцветный кварц называется горным хрусталем. Известны разновидности кварца других цветов: фиолетового, желтого, коричневого, черного.

Из чего состоит земная кора. Земная кора состоит из горных пород, а горные породы - из минералов. (Вспомните, с какими минералами вы знакомы. Где вам удалось их увидеть?)

Минералы - природные вещества с разным составом, свойствами и внешними признаками.

Минералы различают по таким признакам, как цвет, твердость, блеск, прозрачность, плотность. Минералы образовывались и продолжают образовываться как в глубоких слоях земной коры, так и на ее поверхности.

Рис. 34. Самые распространенные на Земле минералы: а - полевой шпат; б - кварц; в - слюда

Людям известно около 3000 минералов. Большинство из них встречается редко. К редким минералам относятся алмаз, платина, серебро, графит. Широко распространенных минералов, из которых в основном состоят горные породы, всего несколько десятков. Больше всего на Земле полевых шпатов, кварца, слюд (рис. 34). Минералы образуют горные породы.

Горные породы - это природные тела, состоящие из одного или нескольких минералов.

Кристаллы минералов в горной породе могут быть разного размера. Во многих породах их можно рассмотреть только под микроскопом. Кристаллы минералов соединяются между собой с разной прочностью. Поэтому одни породы твердые и монолитные, другие - пористые и легкие, третьи - рыхлые и сыпучие. Состав минералов в горной породе и прочность их соединения зависят от условий, в которых данная порода образовывалась. По условиям образования все горные породы делятся на три большие группы: магматические, осадочные и метаморфические.

Вопросы и задания

1. Что больше по массе - ядро, мантия или земная кора?
2. В каком состоянии вещество находится в мантии? в ядре?
3. Что такое горная порода? Чем она отличается от минерала?
4. Приведите примеры горных пород и минералов, распространенных в вашей местности.

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

Внутреннее строение Земли

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

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

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

Рис. 1. Химический состав Земли

Рис. 2. Внутреннее строение Земли

Ядро

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

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

Мантия

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

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

Земная кора

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

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

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

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

Состав и строение земной коры

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

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

Рис. 4. Строение земной коры

Рис. 5. Состав земной коры

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

Рис. 6. Общий минеральный состав Земли

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

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

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

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

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

Таблица 1. Обломочные горные породы в зависимости от размеров обломков

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

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

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

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

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

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

Рис. 7. Классификация горных пород по происхождению

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 9. Строение материковой и океанической земной коры

Выделяют и переходные типы земной коры — субокеаническую и субконтинентальную.

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

Субконтинентальная кора расположена, например, на вулканических островных дугах.

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

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

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

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

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

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

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

Тепло земной коры — важный энергетический источник.

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

План

Земная кора (материковая, океаническая, переходная).

Главные составные части земной коры – химические элементы, минералы, горные породы, геологические тела.

Основы классификации магматических горных пород.

Земная кора (материковая, океаническая, переходная)

На основании данных глубинных сейсмических зондирований в толще земной коры выделяется ряд слоев, характеризующимися разными скоростями прохождения упругих колебаний. Из этих слоев три считаются основными. Самый верхний из них известен как осадочная оболочка, средний – гранитно-метаморфический и нижний – базальтовый (рис.).

Рис. . Схема строения коры и верхней мантии, включая твердую литосферу

и пластичную астеносферу

Осадочный слой сложен в основном наиболее мягкими, рыхлыми и более плотными (за счет цементации рыхлых) породами. Осадочные породы обычно располагаются в виде пластов. Мощность осадочного слоя на поверхности Земли очень непостоянна и меняется от нескольких м до 10-15 км. Есть участки, где осадочный слой полностью отсутствует.

Гранитный-метаморфический слой сложен в основном магматическими и метаморфическими породами, богатыми алюминием и кремнием. Места, где отсутствует осадочный слой и гранитный слой выходит на поверхность называют кристаллическими щитами (Кольский, Анабарский, Алданский и др.). Мощность гранитного слоя 20-40 км, местами этот слой отсутствует (на дне Тихого океана). По данным изучения скорости сейсмических волн плотность пород у нижней границы от 6,5 км/сек до 7,0 км/сек резко меняется. Эта граница гранитного слоя, отделяющая гранитный слой от базальтового получила название границы Конрада.

Базальтовый слой выделяется в основании земной коры, присутствует повсеместно, мощность его колеблется от 5 до 30 км. Плотность вещества в базальтовом слое – 3,32 г/см 3 , по составу он отличается от гранитов и характеризуется значительно меньшим содержанием кремнезема. У нижней границы слоя наблюдается скачкообразное изменение скорости прохождения продольных волн, что говорит о резком изменении свойств пород. Эта граница принята за нижнюю границу земной коры и названа границей Мохоровичича, о чем говорилось выше.

В различных частях земного шара земная кора разнородна как по составу, так и по мощности. Типы земной коры – материковая или континентальная, океаническая и переходная. Океаническая кора занимает около 60%, а континентальная около 40% земной поверхности, что отличается от распределения площади океанов и суши (71% и 29% соответственно). Это связано с тем, что граница между рассматриваемыми типами коры проходит по континентальному подножию. Мелководные моря, такие как, к примеру, Балтийское и Арктические моря России, относятся к Мировому океану лишь с географической точки зрения. В области океанов выделяют океанический тип , характеризующийся маломощным осадочным слоем, под которым располагается базальтовый. Причем, океаническая кора значительно моложе континентальной – возраст первой составляет не более 180 – 200 млн. лет. Земная кора под континентом содержит все 3 слоя, имеет большую мощность (40-50 км) и называется материковой . Переходная кора отвечает подводной окраине материков. В отличии от континентальной здесь резко сокращается гранитный слой и сходит на нет в океан, а затем идет и сокращение мощности базальтового слоя.

Осадочный, гранитный-метаморфический и базальтовый слои вместе образуют оболочку, которая получила наименование сиаль – от слов силициум и алюминий. Обычно полагают, что в сиалической оболочке целесообразно отождествлять понятие о земной коре. Установлено также, что на всем протяжении геологической истории земная кора поглощает кислород и к настоящему она по объему на 91% состоит из него.

Главные составные части земной коры – химические элементы, минералы, горные породы, геологические тела

Вещество Земли состоит из химических элементов. В пределах каменной оболочки химические элементы образуют минералы, минералы слагают горные породы, а горные породы в свою очередь геологические тела. Наши знания о химии Земли, или иначе геохимии, катастрофически убывают с глубиной. Глубже 15 км наши знания постепенно сменяются гипотезами.

Американский химик Ф.В. Кларк совместно с Г.С. Вашингтоном, начав в начале прошлого века анализ различных пород (5159 образцов) опубликовал данные о средних содержаниях около десяти наиболее распространенных элементов в земной коре. Франк Кларк исходил из того положения, что твердая земная кора до глубины 16 км состоит на 95% из изверженных пород и на 5% из осадочных пород, образованных за счет изверженных. Поэтому для подсчета Ф.Кларк использовал 6000 анализов различных горных пород, взяв их среднее арифметическое. В дальнейшем эти данные дополнялись средними данными содержаний других элементов.Оказалось, что наиболее распространенными элементами земной коры являются (вес. %): O – 47,2; Si – 27,6; Al – 8,8; Fe – 5,1; Ca – 3,6; Na – 2,64; Mg – 2,1; K – 1,4; H – 0,15, что в сумме составляет 99,79%. Эти элементы, (кроме водорода), а также углерод, фосфор, хлор, фтор и некоторые другие называют породообразующими или петрогенными.

Впоследствии эти цифры неоднократно уточнялись различными авторами (табл.).

Сравнение различных оценок состава земной коры континентов,

Тип коры	Верхняя часть континентальной коры				Континентальная кора
		Гольдшмидт, 1938	Виноградов, 1962	Ронов и др., 1990	Ронов и др., 1990

Средние массовые доли химических элементов в земной коре получили название по предложению академика А. Е. Ферсманакларков . Последние данные по химическому составу сфер Земли сведены в следующую схему (рис).

Все вещество земной коры и мантии состоит из минералов, разнообразных по форме, строению, составу, распространенности и свойствам. В настоящее время выделено более 4000 минералов. Точную цифру назвать невозможно потому, что ежегодно число минеральных видов пополняется 50-70 наименованиями минеральных видов. Например, на территории бывшего СССР открыто около 550 минералов (в музее им. А.Е.Ферсмана хранится 320 видов), из них более 90% в ХХ веке.

Минеральный состав земной коры выглядит следующим образом (об. %): полевые шпаты - 43,1; пироксены - 16,5; оливин - 6,4; амфиболы - 5,1; слюды - 3,1; глинистые минералы - 3,0; ортосиликаты – 1,3; хлориты, серпентины - 0,4; кварц – 11,5; кристобалит - 0,02; тридимит - 0,01; карбонаты - 2,5; рудные минералы - 1,5; фосфаты - 1,4; сульфаты - 0,05; гидроксиды железа - 0,18; прочие - 0,06; органическое вещество - 0,04; хлориды - 0,04.

Эти цифры, конечно же, весьма относительны. В целом, минеральный состав земной коры наиболее пестр и богат по сравнению с составом более глубоких геосфер и метеоритов, вещества Луны и внешних оболочек других планет земной группы. Так на луне выявлено 85 минералов, а в метеоритах – 175.

Природные минеральные агрегаты, слагающие самостоятельные геологические тела в земной коре называются горными породами. Понятие «геологическое тело» - это разномасштабное понятие, оно включает объемы от кристалла минерала до континентов. Каждая горная порода образует в земной коре объемное тело (слой, линза, массив, покров...), характеризующееся определенным вещественным составом и специфическим внутренним строением.

В русскую геологическую литературу термин «горная порода» был введен в конце ХVIII века Василием Михайловичем Севергиным. Изучение земной коры показало, что она сложена различными горными породами, которые по происхождению можно разделить на 3 группы: магматические или изверженные, осадочные и метаморфические.

Прежде, чем перейти к описанию каждой из групп горных пород в отдельности, необходимо остановиться на их исторических взаимоотношениях.

Принято считать, что первоначально земной шар представлял расплавленное тело. Из этого первичного расплава или магмы, и образовалась путем остывания твердая земная кора, в начале сложенная целиком магматическими горными породами, которые следует рассматривать как исторически наиболее древнюю группу горных пород.

Лишь в более позднюю фазу развития Земли могли возникать породы иного происхождения. Это стало возможным после возникновения всех внешних ее оболочек: атмосферы, гидросферы, биосферы. Первичные магматические породы под их воздействием и солнечной энергии разрушались, разрушенный материал перемещался водой и ветром, сортировался и вновь цементировался. Так возникли осадочные породы, являющиеся вторичными по отношению к магматическим, за счет которых они образовались.

Материалом для образования метаморфических пород служили как магматические породы, так и осадочные. В результате различных геологических процессов происходило опускание крупных участков земной коры, в пределах этих участков шло накопление осадочных пород. Нижние части толщи в ходе этих опусканий попадают на все большие глубины в область высоких температур и давлений, в область проникновения из магмы различных паров и газов и циркуляции горячих водяных растворов, привносящих в породы новые химические элементы. Итогом этого и является метаморфизм.

Распространение этих пород неодинаково. Подсчитано, что литосфера на 95 % сложена магматическими и метаморфическими породами и только 5 % составляют осадочные породы. На поверхности распределение несколько иное. Осадочными породами покрыто 75 % земной поверхности и только 25 % приходится на долю магматических и метаморфических пород.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИТОСФЕРЫ

Образование литосферы

После того как масса планеты достигла приблизительно современного значения около 4,6 млрд. лет назад, началось ее само­разогревание. Источников тепла было два – гравитационное сжа­тие и радиоактивный распад. В результате температура внутри Земли стала повышаться и началось плавление металлов. Мантия образовалась в результате дифференциации первичного вещества по плотности. Железо и никель, опустившись, сконцентрировались в ядре, а в мантии накопилось относительно легкое вещество - пиролит. Процесс дифференциации вещества мантии продолжается и в настоящее время.

Строение Земли

При современных технических средствах мы не можем непо­средственно наблюдать и изучать глубинные слои Земли. Самая глубокая буровая скважина на Земле не достигает 8 км.Более глубокие слои изучаются косвенными геофизическими методами, на основании которых можно лишь строить гипотезы. Наиболее важным является сейсмический метод, который по скорости распространения в Земле упругих волн, вызванных землетрясением или искусственными взрывами, дает возможность судить об упругих свойствах вещества, залегающего на разной глубине. Так на основании многочисленных измерений установлено, что скорость распространения сейсмических волн меняется скачкообразно на определенных глубинах. Это связано, прежде всего, со скачкообразным изменением плотности слоев Земли (Таблица 8.2.1).

Первая зона раздела, называемая зоной Мохоровичича , находится на средней глубине 33 км, вторая – на средней глубине 2900 км.Эти зоны делят Землю на три основных слоя: кору, мантию и ядро (Рисунок 8.2.1).

Кора – верхняя твердая каменная оболочка Земли. По физическим свойствам кору делят на три слоя: осадочный, гранитный и базальтовый (Рисунок 8.2.2). По мощности и строению выделяют два основных типа коры: материковый и океанический,

Рисунок 8.2.1 – Оболочки Земли, выделяемые по скорости прохождения сейсмических волн

(Богомолов, Судакова, 1971)

в промежуточной полосе между ними находится кора переходного типа. Материковая кора имеет среднюю толщину 35 км (до 80 кмв горных странах) и состоит из трех слоев: осадочный мощно­стью 0 – 15 км, гранитный средней мощностью 10 км и базальтовый средней мощностью 20 км. Осадки представлены в основном глинами, песками и известняками. Толщина океанической коры в среднем 5 км: осадочный слой имеет толщину около 1,5 км, гранитный слой отсутствует, базальтовый имеет мощность около 5 км. Названия гранитный и базальтовый им даны не за их минералогический состав, а потому что скорость прохождения сейсмических волн в этих слоях соответствует скорости сейсмических волн в граните и базальте.

Рисунок 8.2.2 – Строение земной коры: 1 – вода, 2 – осадочный слой, 3 – гранитный слой,

4 – базальтовый слой, 5 – мантия (Неклюкова, 1975)

В жизни земной коры происходят непрерывные изменения – идет формирование и развитие больших прогибов и поднятий. В областях стабильных, так назы­ваемых платформенных, поднятия и прогибы измеряются сотнями километров, а скорость вертикальных движений измеряется долями миллиметра в год. В подвижных, так назы­ваемых геосинклинальных зонах, прогибы и поднятия имеют удлинен­ную форму порядка 50 – 100 км, а скорость вертикального движе­ния порядка 1 см в год. Причина вертикальных движений кроется в мантии Земли.

Мантия – оболочка Земли, отличающаяся от коры главным образом физическими параметрами. Она состоит из окислов магния, железа и кремния, которые и образуют магму. Давление в мантии, возрастает с глубиной и достигает на границе ядра 1,3 млн. атмосфер. Плотность мантии увеличивается от 3,5 в верхних слоях до 5,5 г/см 3 на границе ядра. Температура вещества мантии соответственно увеличивается примерно от 500°С до 3800°С. Несмотря на высокую температуру, ман­тия находится в твердом состоянии.

На глубинах от 100 до 350 км, особенно в пределах 100 – 150 км, сочетание тем­пературы и давления тако­во, что вещество находится в размягченном или рас­плавленном состоянии. Этот слой плавления и повышен­ной активности называется астеносферой, иногда – волноводом. Конвекционные токи порождают горизонтальные астеносферные течения. Их скорость достигает нескольких десятков санти­метров в год. Эти течения привели к расколу литосферы на от­дельные глыбы и к их горизонтальному перемещению, известному как дрейф материков. В астеносфере находятся вулканические очаги и центры глубокофокусных землетрясений.

Над астеносферой проводится нижняя граница литосферы. Жизнь земной коры, ее вертикальные и горизонтальные движе­ния, вулканизм и землетрясения тесно связаны с верхней мантией. Поэтому в литосферусовременная наука включает земную кору и самую верхнюю мантию до астеносферы, до глубины около 100 км.

Мантия простирается от земной коры до глубины 2900 км, где граничит с ядром, находящимся в середине Земли.

Таблица 8.2.1 – Глубины и основные свойства геосфер (Шубаев, 1979)

Название геосферы	Глубина, км	Плотность, г/см 3	Температура, ºС	Доля в общей массе, %
Земная кора	5-40 до 70	2,7-2,9		0,8
Мантия	верхняя	40-400	3,6	1400-1700	10,4
средняя	400-960	4,7	1700-2400	16,4
нижняя	960-2900	5,6	2900-4700	41,0
Ядро	2900-6371	свыше 11,5		31,5

Ядро – центральная часть Земли не совсем ясной химической и физической природы. С начала XX в. существует гипотеза, что ядро на 85 – 90% со­стоит из железа; во внешнем жидком ядре к нему добав­ляется кислород, а во внут­реннем – никель. По современным дан­ным, больше сторонников имеет гипотеза сили­катного ядра. Однако независимо от состава химических элементов для ядра, в силу особых физических условий, характерно полное вырождение химических свойств вещества. Температура ядра по­рядка 4000°С, давление в центре Земли более 3,5 млн. атмосфер. При таких условиях вещество переходит в так называемую металли­ческую фазу, электронные оболочки атомов разрушаются и обра­зуется электронная плазма отдельных химических элементов. Веще­ство становится более плотным и насыщенным свободными электро­нами. Огромные кольцевые вихри свободных электронов, возника­ющие в ядре, порождают, вероятно, постоянное магнитное поле Земли, которое прости­рается в околоземное пространство на несколько земных радиусов. Образование магнитосферы и изоляция земной природы от плазмы солнечной короны было первым и одним из важнейших условий зарождения жизни, развития биосферы и становления гео­графической оболочки.

Внешнее ядро – жидкое. Плотность внешнего ядра в верхней части около 10,0 г/см 3 . Внутреннее ядро– твер­дое, его плотность доходит до 13,7 г/см 3 .

Химический состав земной коры

Распространение химических элементов в земной коре впервые количественно оценил американский ученый Ф.У. Кларк. В его честь среднее значение относительного содержания химического элемента в земной коре принято называть кларком .

Все элементы земной коры, согласно их кларкам, можно условно разбить на две группы:

1. Элементы, имеющие большие кларки. В эту группу входят (кларки приведены по Виноградову, 1960):

Сумма этих 8 этих элементов составляет 99,03%. В эту же группу входят водород (Н – 0,1%) и титан (Ti – 0,7%). Элементы этой группы образуют самостоятельные химические соединения, их называют главными .

1. Элементы с малыми кларками . В эту группу входят все остальные элементы в земной коре, они большей частью рассеяны среди химических соединений других элементов, их называют рассеяными

За границу между группами условно принимают среднее содержание химического элемента, равное 0,1%. В земной коре преобладают легкие атомы, занимающие начальные клетки периодической системы, ядра которых содержат небольшое количество протонов и нейтронов. Также преобладают элементы с четными порядковыми номерами и атомными массами.

Процессы, происходящие в глубинах Земли, влияют на образование горных пород, на землетрясения и вулканические извержения, на медленные колебания поверхности суши и морского дна и на другие явления, преобразующие поверхность Земли. Поэтому, изучая географическую оболочку, необ­ходимо знать строение Земли и природу ее внутренних слоев.