Будова і склад земної кори

Земна кора в науковому розумінні являє собою саму верхню і тверду геологічну частина оболонки нашої планети.

Наукові дослідження дозволяють вивчити її досконало. Цьому сприяють багаторазові буріння свердловин як на континентах, так і на океанському дні. Будова землі і земної кори на різних ділянках планети відрізняються і і за складом, і за характеристиками. Верхньою межею земної кори є видимий рельєф, а нижній – зона поділу двох середовищ, яка також відома як поверхня Мохоровичича. Часто її називають просто “кордон М”. Це найменування вона отримала завдяки хорватському сейсмологів Мохоровічича А. Він довгі роки спостерігав за швидкістю сейсмічних рухів в залежності від рівня глибини. У 1909 році він встановив наявність різниці між земною корою і розпеченій мантією Землі. Кордон М пролягає на тому рівні, де швидкість сейсмічних хвиль підвищується з 7.4 до 8.0 км / с.

Хімічний склад Землі

Вивчаючи оболонки нашої планети, вчені робили цікаві і навіть приголомшливі висновки. Особливості будови земної кори роблять її схожою з такими ж ділянками на Марсі і Венері. Більш ніж 90% складових елементів її представлені киснем, кремнієм, залізом, алюмінієм, кальцієм, калієм, магнієм, натрієм. Поєднуючись між собою в різних комбінаціях, вони утворюють однорідні фізичні тіла – мінерали. Вони можуть увійти до складу гірських порід у різних концентраціях. Будова земної кори вельми неоднорідне. Так, гірські породи в узагальненому вигляді являють собою агрегати більш-менш постійного хімічного складу. Це самостійні геологічні тіла. Під ними розуміється чітко окреслена область земної кори, що має в своїх межах однакове походження, вік.

Гірські породи за групами

1. Магматичні. Назва говорить сама за себе. Вони виникають через остигнула магми, яка витікає з жерла древніх вулканів. Будова цих порід безпосередньо залежить від швидкості застигання лави. Чим вона більша, тим менше кристали речовини. Граніт, наприклад, сформувався в товщі земної кори, а базальт з’явився в результаті поступового виливу магми на її поверхню. Різноманіття таких порід досить велике. Розглядаючи будову земної кори, ми бачимо, що вона складається з магматичних мінералів на 60%.

2. Осадові. Це породи, які стали результатом поступового відкладення на суші і дні океану уламків тих чи інших мінералів. Це можуть бути як пухкі компоненти (пісок, галька), зцементовані (піщаник), залишки мікроорганізмів (кам’яне вугілля, вапняк), продукти хімічних реакцій (калійна сіль). Вони складають до 75% всієї земної кори на материках.
За фізіологічною способом утворення осадові породи поділяються на:

• Уламкові. Це залишки різних гірських порід. Вони руйнувалися під впливом природних факторів (землетрус, тайфун, цунамі). До них можна віднести пісок, гальку, гравій, щебінь, глину.
• Хімічні. Вони поступово утворюються з водних розчинів тих чи інших мінеральних речовин (солі).
• Органічні або біогенні. Складаються з останків тварин або рослин. Це горючі сланці, газ, нафта, вугілля, вапняк, фосфорити, крейда.

3. Метаморфічні породи. У них можуть перетворюватися інші компоненти. Це відбувається під впливом мінливих температури, великого тиску, розчинів або газів. Наприклад, з вапняку можна отримати мармур, з граніту – гнейс, з піску – кварцит.

Мінерали і гірські породи, які людство активно використовує у своїй життєдіяльності, називаються корисними копалинами. Що вони собою являють?

Це природні мінеральні утворення, які впливають на будову землі та земної кори. Вони можуть використовуватися в сільському господарстві та промисловості як в природному вигляді, так і піддаючись переробці.

Види корисних мінералів. Їх класифікація

Залежно від фізичного стану та агрегації, корисні копалини можна розділити на категорії:

1. Тверді (руда, мармур, вугілля).
2. Рідкі (мінеральна вода, нафта).
3. Газоподібні (метан).

Характеристики окремих видів корисних копалин

За складом і особливостям застосування розрізняють:

1. Горючі (вугілля, нафта, газ).
2. Рудні. Вони включають радіоактивні (радій, уран) і благородні метали (срібло, золото, платина). Є руди чорних (залізо, марганець, хром) і кольорових металів (мідь, олово, цинк, алюміній).
3. Нерудні корисні копалини відіграють істотну роль у такому понятті, як будова земної кори. Географія їх обширна. Це неметалеві і негорючі гірські породи. Це будівельні матеріали (пісок, гравій, глина) і хімічні речовини (сірка, фосфати, калійні солі). Окремий розділ присвячено дорогоцінним і виробних каменів.

Розподіл корисних копалин по нашій планеті безпосередньо залежить від зовнішніх факторів і геологічних закономірностей.

Так, паливні корисні копалини в першу чергу видобуваються в нафтогазоносних і вугільних басейнах. Вони мають осадочні походження і формуються на осадових чохлах платформ. Нафта і вугілля вкрай рідко залягають разом.

Рудні корисні копалини найчастіше відповідають фундаменту, виступам і складчастим областям платформних плит. У таких місцях вони можуть створювати величезні по довжині пояса.

Ядро

Земна оболонка, як відомо, багатошарова. Ядро розташовується в самому центрі, а його радіус приблизно дорівнює 3500 км. Його температура набагато вища, ніж у Сонця і становить близько 10000 К. Точних даних про хімічний склад ядра не отримано, але імовірно воно складається з нікелю і заліза.

Зовнішнє ядро знаходиться в розплавленому стані та має ще більшу потужність, ніж внутрішнє. Останнє піддається колосальному тиску. Речовини, з яких воно складається, перебувають у постійному твердому стані.

Мантія

Геосфера Землі оточує ядро і становить близько 83 відсотків від усієї оболонки нашої планети. Нижня межа мантії знаходиться на величезній глибині майже 3000 км. Дану оболонку прийнято умовно розділяти на менш пластичну і щільну верхню частину (саме з неї утворюється магма) і на нижню кристалічну, ширина якої становить 2000 кілометрів.

Склад і будова земної кори

Для того щоб говорити про те, які елементи входять до складу літосфери, потрібно дати деякі поняття.

Земна кора – це сама зовнішня оболонка літосфери. Її щільність менше в два рази в порівнянні з середньою щільністю планети.

Від мантії земна кора відділена кордоном М, про яку вже йшлося вище. Так як процеси, що відбуваються на обох дільницях, взаємно впливають один на одного, їх симбіоз прийнято називати літосферою. Це означає “кам’яна оболонка”. Її потужність коливається в межах 50-200 кілометрів.

Нижче літосфери розташована астеносфера, яка володіє менш щільною і в’язкою консистенцією. Її температура становить близько 1200 градусів. Унікальною особливістю астеносфери є можливість порушувати свої кордони і проникати в літосферу. Вона є джерелом вулканізму. Тут знаходяться розплавлені вогнища магми, яка впроваджується в земну кору і виливається на поверхню. Вивчаючи ці процеси, вчені змогли зробити багато дивовижних відкриттів. Саме так вивчалося будова земної кори. Літосфера була сформована багато тисяч років тому, але і зараз в ній відбуваються активні процеси.

Структурні елементи земної кори

У порівнянні з мантією і ядром, літосфера – це жорсткий, тонкий і дуже крихкий шар. Вона складена з комбінації речовин, у складі яких на сьогоднішній день виявлено більше 90 хімічних елементів. Вони розподілені неоднорідне. 98 відсотків маси земної кори припадає на сім складових. Це кисень, залізо, кальцій, алюміній, калій, натрій і магній. Вік найдавніших порід та мінералів становить понад 4.5 мільярдів років.

Вивчаючи внутрішню будову земної кори, можна виділити різні мінерали.
Мінерал – порівняно однорідна речовина, що може перебувати як всередині, так і на поверхні літосфери. Це кварц, гіпс, тальк і т.д. Гірські породи складаються з одного або декількох мінералів.

Процеси, що формують земну кору

Літосфера взаємодіє з атмосферою, гідросферою і біосферою. У процесі синтезу вони утворюють найскладнішу і реакційно активну оболонку Землі. Саме в тектоносфері відбуваються процеси, які змінюють склад і будову цих оболонок.

Будова океанічної земної кори

Дана частина літосфери переважно складається з базальтових порід. Будова океанічної земної кори вивчено не так досконально, як континентальне. Теорія тектонічних плит пояснює, що океанічна земна кора є відносно молодою, а самі її останні ділянки можна датувати пізньої юрою.
Її товщина практично не змінюється з часом, так як вона визначається кількістю розплавів, що виділяються з мантії в зоні серединно-океанічних хребтів. На неї істотно впливає глибина осадових шарів на дні океану. У найбільш об’ємних ділянках вона становить від 5 до 10 кілометрів. Даний вид земної оболонки відноситься до океанічної літосфері.

Континентальна кора

Літосфера взаємодіє з атмосферою, гідросферою і біосферою. У процесі синтезу вони утворюють найскладнішу і реакційно активну оболонку Землі. Саме в тектоносфері відбуваються процеси, які змінюють склад і будову цих оболонок.
Літосфера на земній поверхні не однорідна. Вона має кілька шарів.

1. Осадовий. Він в основному утворюється гірськими породами. Тут переважають глини і сланці, а також широко поширені карбонатні, вулканогенні і піщані породи. В осадових шарах можна зустріти такі корисні копалини, як газ, нафта і кам’яне вугілля. Всі вони мають органічне походження.
2. Гранітний шар. Він складається з магматичних і метаморфічних порід, які найбільш близькі за своєю природою до граніту. Цей шар зустрічається далеко не скрізь, найбільш яскраво він виражений на континентах. Тут його глибина може становити десятки кілометрів.
3. Базальтовий шар утворюють породи, близькі до однойменного мінералу. Він більш щільний, ніж граніт.

Глибина і зміна температури земної кори

Поверхневий шар прогрівається сонячним теплом. Це геліометріческая оболонка. Вона відчуває сезонні коливання температури. Середня потужність шару складає близько 30 м.

Нижче знаходиться шар, ще тонший і крихкий. Його температура постійна і приблизно дорівнює середньорічній, характерною для цієї області планети. Залежно від континентального клімату глибина цього шару збільшується.
Ще глибше в земній корі знаходиться ще один рівень. Це геотермічний шар. Будова земної кори передбачає його наявність, а його температура визначається внутрішнім теплом Землі і зростає з глибиною.

Підвищення температури відбувається за рахунок розпаду радіоактивних речовин, які входять до складу гірських порід. В першу чергу це радій і уран.

Геометричний градієнт – величина наростання температури в залежності від ступеня збільшення глибини шарів. Цей параметр залежить від різних факторів. Будова та типи земної кори впливають на нього, так само як і склад гірських порід, рівень і умови їх залягання.

Тепло земної кори є важливим енергетичним джерелом. Його вивчення дуже актуально на сьогоднішній день.

план лекції

2.1. Будова Землі.

2.2. Будова земної кори.

2.3. Хімічний склад земної кори.

2.1. будова Землі

Земля, як найбільш розвинена планета Сонячної системи, характеризується оболонкових будовою з центральною симетрією. Оболонки Землі, або геосфери розрізняються складом, фізичними властивостями, станом речовини і підрозділяються на зовнішні,доступні для безпосереднього вивчення, і внутрішні, досліджувані непрямим чином.

Зовнішні оболонки Землі – атмосфера, гідросфера і біосфера – становить характерну особливість будови нашої планети, і грають важливу роль у формуванні та розвитку земної кори. Ці оболонки проникають одна в іншу і знаходяться в постійній взаємодії між собою і твердими оболонками Землі.

1. АТМОСФЕРА – маса газоподібної повітряної оболонки Землі,

складає 0,00009 % маси всієї Землі. Велика частина зосереджена в шарі до висоти 16 км, вище 100 км знаходиться одна мільйонна частина маси

атмосфери.

Атмосфера поділяється на три горизонти:

ТРОПОСФЕРА – містить 80 % усієї маси повітря і має потужність 8 – 17 км.

СТРАТОСФЕРА – простягається до висоти 50-55 км. Повітря в стратосфері сильно розряджений. В межах стратосфери знаходиться озоновий шар

потужністю 25-30 км, який поглинає більшу частину ультрафіолетової радіації Сонця.

Іоносфери – потужність 25-30 км. У цій частині атмосфери утворюється так звані сріблясті хмари.

Головними компонентами атмосфери є азот, кисень, аргон, вуглекислота, що становлять 99 % сухого повітря. Важливою частиною атмосфери з точки зору впливу на геологічні процеси і об’єкти є атмосферна волога. Повітряні маси атмосфери знаходяться в постійному русі під впливом нерівномірного нагрівання поверхні Землі і сил Коріоліса. Повітряні потоки переносять вологу, тверді частинки – пилу. Все різноманіття явищ в тропосфері визначають погоду і клімат.

2. ГІДРОСФЕРА – являє собою сукупність водних мас, що утворюють океани, моря, континентальні водойми (озера) і водотоки. Верхня межа гідросфери визначається рівнем поверхні відкритих водойм. Нижня межа досить невизначена і відповідає температурному рівню 374 .

У складі гідросфери виділяють три основних типи природних вод. Це океаносфера (моря, океани), води суші і льодовиків. Проміжне становище займають: підземні води. Загальна маса гідросфери становить 1644 * 1015 т, що не перевищує 0,025 % загальної маси Землі. Під впливом сонячної радіації води гідросфери перебувають у безперервному кругообігу.

3. БІОСФЕРА – ця оболонка охоплює весь простір верхніх горизонтів Землі, де існує органічне життя. Вона включає в себе всю гідросферу, верхню частину літосфери і нижню частину атмосфери. (Нижче озонового шару). Останнім часом виділяють ноосферу (грец. “Ноос” -разум) -простору, в межах якого проявляється активна діяльність людини.

До внутрішніх геосфер відносять такі оболонки:

Центральну – ЯДРО, проміжну – мантії і зовнішню – земну кору.

Сейсмічними дослідженнями виділені поверхні розділу, що відокремлюють один від одного внутрішні геосфери і неоднорідності в їх межах. Розділи I порядку визначаються різкими стрибками в швидкостях поширення сейсмічних хвиль і фіксують кордону між головними оболонками – корою і мантією (розділ Мохоровичича), мантією і ядром (розділ Вихерта-Гутенберга). Розділи II порядку відзначають внутрішні неоднорідності в межах оболонок Землі.

Розглянемо кожну з внутрішніх геосфер. ЯДРО- Внутрішня найбільш щільна оболонка Землі. Зовнішнє ядро ??перебувати в стані, що наближається до рідкого. На кордоні з мантією температура досягає 2500-3000  , А тиск близько 3000 ГПа. У межах внутрішнього ядра речовина, мабуть, існує в металлизированном або плазмовому стані. Хімічний склад зовнішнього і внутрішнього ядра однаковий – залізо-нікелевий.

Манту – найбільша проміжна оболонка Землі. Мантія складає 2/3 маси Землі. Про склад речовини мантії є лише гіпотетичні припущення. Будова верхньої мантії під континентами і океанамиістотно відрізняється. Встановлено, що на глибині, яка в океанах близька до 50 км, а на материках 80-120 км, починається шар знижених сейсмічних швидкостей, обмежений зверху і знизу середовищем з великими сейсмічними швидкостями. Цей шар називається «сейсмічним хвилеводом» або астеносферу. Під океанами астеносфера поширюється вглиб до 300-400 км, а під материками – 100 – 150 км. До астеносфері приурочено більшість осередків проміжних землетрусів. Вважають, що в ній виникають магматичні осередки – найбільш ймовірна зона прояви і зародження рухів земної кори.

Проміжний шар і нижня мантія є більш гомогенними середовищами.

Геофізичні дані говорять про те, що в межах мантії переважає тверда речовина: осередки розплаву народжуються в астеносфері.

На кордоні земна кора – мантія температура перевищує 1000  , Тиск 2000 мПа. У цих умовах відбувається перехід речовини з: кристалічного стану в склоподібний (аморфне). такий станпідтримується високим тиском. При різкому зниженні тиску, наприклад, в разі порушення цілісності земної кори розломами, відбувається виплавлення речовини мантії.

2.2. Будова земної кори

Земна КОРА – це верхня кам’яна оболонка Землі, складена магматичними, метаморфічними і осадовими гірськими порода і мають потужність від 7 до 70-80 км. Вона являє собою найбільш активний шар твердої Землі – сферу діяльності магматичних і тектонічних процесів. Під материками вона глибоко опускається в мантію, під океанами наближається до поверхні.

Важливою особливістю будови земної кори є чітко виражена неоднорідність, що виявляється як у вертикальному, так і в горизонтальному напрямку.

У будову земної кори виділені три оболонки, складені різними за складом, властивостями і походженням гірськими породами.

1. СТРАТІСФЕРА (лат. “Стратум” -шар) складена осадовими породами: глинами і глинистими сланцями (42%), Піщаними (20%), Вулканічними (19 %) і карбонатними (19%). шар покриває майже всю земну поверхню і в глибоких западинах досягає 20-25 км (в середньому 3 км).

Для порід осадового чохла характерні слабка дислокації, низька щільність (середня 2,45 г / см3), невеликі зміни.

Склад порід, що складають стратісферу, свідчить про їхню освіту в водному середовищі близько 3,3 млрд. Років тому.

2. ГРАНІТНА ОБОЛОНКА, названа так за подібністю властивостей утворюють її порід з властивостями гранітів, складена гнейсами (37,6%) Гранодиоритами, діоритами (19,9%), Гранітами (18,1%), А також габро, марморамі і ін. Гірські породи дуже різноманітні по речовому складу і ступеня дислоційованості.

Щільність оболонки змінюється від 2,6 до 2,8 г / см3.

Потужність гранітного шари на території СРСР від 6 до 40 км. Нижньою межею гранітного шару є сейсмічний розділ Конрада.

3. базальтових ОБОЛОНКА – складається з більш важких кристалічних порід, які за властивостями близькі до базальтовим породам. Шар складний магматическими породами різного ступеня метаморфізму, середньої щільності 2,9 г / см3. середня потужність базальтового шару в межах континентальної частини СРСР близько 20 км.

Майданна нерівномірність будови земної кори проявляється в різному будові її на континентах і в межах океанічних западин. Ділянки земної кори, що розрізняються типом геологічної будови, називаються структурними елементами.

З точки зору закономірностей просторового розвитку океани і континенти – це структури I порядку. Виділяють кору перехідного типу: субокеанічним і субконтинентальним. В межах структур I порядку за особливостями геологічної будови виділяють структури II порядку: на материках платформні і геосинклінальні (горноскладчатие) області, на океанічної корі – платформи і средінноокеанічеськие хребти. Мінімальна потужність кори спостерігається на платформах, максимальна – в геосинклінальних областях.

ПЛАТФОРМИ (фр. “Плат” -плоский, “форм” -форма) великі тектонічні стійкі області. Для них характерно: середні стійкі потужності кори, горизонтальне залягання. Платформи мають двох’ярусне будова з більш давнього кристалічного фундаменту і перекриває його осадового чохла. На території СРСР знаходяться Східно-Європейська (Російська) і Сибірська платформи.

Області платформ з двоярусним будовою називають плитами.

Виходи фундаменту на поверхню називаються щитами. Наприклад, Балтійськийі Український щити на Руській платформі.

Геосинкліналях (грец. «Гео» – земля, “син” – разом, “клин”- Нахил) називаються лінійно витягнуті тектонічні рухливі зони. Вони характеризуються великою до 70-80 км потужністю кори і її різкими коливаннями; порушеним заляганням гірських порід; гірським рельєфом. У геоморфологічному плані геосинклинали представлені горноскладчатимі спорудами: Урал, Кавказ, Памір. Кори континентального типу складаються з трьох шарів. В окремих ділянках материків гранітний шар еродованих. Океанічна кора відрізняється меншою товщиною (6-7 км) і складом (гранітний шар відсутній).

Тонкий (кілька сотень метрів) осадовий шар залягає на базальтовому океанічному шарі.

2.3. Хімічний склад земної кори

За даними сучасної геохімії, в земній корі встановлено 93 хімічних елементів (в космосі-97). Більшість з них є помилковими, т. Е. Представлені сумішшю різних ізотопів (понад 360 ізотопів). Лише 22 елемента, наприклад, натрій, фтор, фосфор, золото не мають ізотопів.

Проблема поширеності хімічних елементів у земній корі належить до числа основних і найбільш важливих проблем геохімії.

Середні змісту окремих елементів в земній корі називають Кларк. Розрізняють кларки вагові (масові), атомні і об’ємні.

За А. П. Виноградову, в земній корі найпоширеніші хімічні елементи (%): 47,2 Про2; 27,6 Si; 8,3 Al; 5,1 Fe; 3,6 Ca; 2,64 Na; 2,6 К; 2,1 Mg; 0,6 Ti; 0,15 H; О, 1 C.

Аналіз кларкового змістів елементів дозволив встановити деякі закономірності їх поширеності в земній корі.

1. Поширеність хімічних елементів у земній корі вкрай нерівномірна і характеризується великим контрастом. Кларки окремих елементів змінюються від десятків відсотків до 10-8 % і нижче.

2. Поширеність хімічних елементів пов’язана з їх становище у періодичної системі. Зі збільшенням порядкового номера поширеність елементів нерівномірно убуває.

3. З двох сусідніх елементів періодичної системи кларк парного елемента вище Кларка непарного. При цьому найбільш високими кларками мають елементи, різниці порядкових номерів яких рівні або кратні 6, наприклад 0 (8), Si (14), Са (20), Fe (26).

4. Головними елементами – будівельниками літосфери є вісім елементів – 0, Si, Al, Fe, Са, Na, К, Mg. При цьому 92 % маси літосфери належить кисню.

Поширеність хімічних елементів у земній корі визначається двома видами закономірностей: зумовленими властивостями ядер хімічних елементів і пов’язаними з особливостями утворення земної кори як частини Землі. Існують цілий ряд геохімічних класифікацій елементів. Елементи, розташовані у верхній частині таблиці, названі петрогенних (Si, 0, Са, К, Na, Mg, Al). 0ни складають основну масу земної кори – гірські породи і неметалеві корисні копалини.

Елементи знаходяться в нижній частині таблиці, називаються металогенією. Вони містяться в вкрай обмеженій кількості і складають рудні родовища (Сі, Рм, Zn, Mgта ін.).

Частина елементів, розташованих на кордоні між двома групами (Fe, Mg і ін.), Грають в природі двоїсту роль.

Хімічний склад земної кори змінюється протягом геологічного часу. Основними причинами такої зміни є:

1. Процеси радіоактивного розпаду, що призводять до мимовільного перетворення, одних елементів в інші більш стійкі.

2. Надходження метеоритного речовини у вигляді метеоритів і космічного пилу.

3. Тривалі процеси диференціації речовини Землі, що призводять до міграції елементів з однієї геосфери в іншу. Атоми хімічних елементів в земній корі утворюють різноманітні сполучення один з одним, головним чином хімічні сполуки. Форми їх знаходження досить різноманітні, однак основною формою існування хімічних елементів у земній корі є мінеральна.

 Інженерна геологія |  Конспект лекцій |  ВСТУП |  Вивітрювання, еоловими процесами |  ГЕОЛОГІЧНА ДІЯЛЬНІСТЬ ВОД поверхневого стоку |  ГЕОЛОГІЧНЕ ЛіТОЧИСЛЕННЯ. |  ГРАФІЧНІ геологічні МАТЕРІАЛИ І РОБОТА З НИМИ |  Лекція № 9 |  ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ І Хімічний склад підземних ВОД |  ОСНОВНІ ТИПИ ПІДЗЕМНИХ ВОД |