Хімічний склад землі і земної кори

Земна кора складається в основному з дев’яти елементів, на які припадає 99,79 % (табл. 1). Серед решти переважають титан, фосфор, марганець, фтор, сірка, стронцій, барій, вуглець, хлор, нікель. Тому, попри велику кількість можливих комбінацій хімічних елементів, число основних породоутворюючих мінералів у цілому невелике. Декілька елементів — таких, як золото, срібло, мідь, сірка, платина, вуглець у формі графіту і алмазу — зустрічаються в чистому вигляді, але більшість — у вигляді хімічних сполук. Оскільки вміст кисню в земній корі є найбільшим, то хімічні сполуки з ним інших елементів особливо поширені. Кремній та алюміній, які займають відповідно друге і третє місця, найчастіше входять до складу силікатних мінералів. Силікати — це сполуки кремнію і кисню з іншими елементами — такими, як алюміній, натрій, калій, залізо і магній. Порівняно рідше мінеральні сполуки містять карбонати, сульфіди, сульфати, хлориди, фосфати, гідроксиди, нітрати і борати.

Таблиця 1. Вміст у земній корі найбільш поширених елементів (за О.П. Виноградовим, 1959 р.)

Елемент	Відсоток від загальної маси	Елемент	Відсоток від загальної маси
Кисень	47,2	Натрій	2,64
Кремній	27,6	Калій	2,6
Алюміній	8,8	Магній	2,1
Залізо	5,1	Водень	0,15
Кальцій	3,6	Усі решта	0,21

Хімічний склад у земній корі безперервно оновлюється. Пояснюється це постійним переміщенням хімічних елементів у складі газів, водних і твердих розчинів. Завдяки міграції елементів між різними шарами кори, а також між материками і океанами здійснюється взаємний обмін речовиною. Але дослідження хімічного складу континентального й океанічного типів кори показали, що між ними є помітні відмінності: в континентальній земній корі підвищений вміст оксидів кремнію, натрію, калію і фосфору, в океанічному типі оксидів алюмінію, кальцію, заліза, титану, марганцю.

Хімічний склад земної кори, маса якої становить лише 1 % маси планети, відмінний від складу Землі в цілому. За даними О.Є. Ферсмана, найпоширенішими елементами Землі є (% маси): залізо — 39,76; кисень — 27,71; кремній — 14,53; магній — 8,69; нікель — 3,46; кальцій — 2,32; алюміній — 1,79; сірка — 0,64; інші — 1,1. Середній хімічний склад земних порід близький до складу більшості метеоритів. Таку ж схожість засвідчили дослідження ґрунту Місяця, доставленого на Землю автоматичними станціями і астронавтами. Таким чином, зіставлення хімічного і мінерального складу метеоритів та інших тіл Сонячної системи свідчить про єдність походження матерії внутрішніх планет.

В природі мінерали (однорідні за складом і будовою хімічні сполуки або однорідні елементи) зустрічаються у твердому, рідкому або газоподібному стані. Основну масу складають тверді мінерали. Кристали мінералів мають форму багатогранників, для них характерне строго закономірне розташування атомів, з яких вони складаються.

Мінерали визначаються з допомогою спеціальних методів дослідження за кольором, блиском, спайністю, зломом, твердістю, кольором риски, питомою масою, розчинністю, магнітними властивостями, заломленням світлових і рентгенівських променів.

У природних умовах мінерали складають різні сполучення і утворюють гірські породи, які за походженням поділяють на три групи: магматичні, осадові, метаморфічні. Основну масу земної кори складають магматичні гірські породи (близько 95 % її маси). Поверхня ж Землі на 75 % складена осадовими породами і на 25 % — магматичними і метаморфічними породами.

Магматичні породи утворюються з магми або лави (вилитої на поверхню магми). Породи, що утворилися з магми на глибині, називаються інтрузивними, а на поверхні — ефузивними. Магматичні породи складаються переважно з силікатів і алюмосилікатів, найважливішими компонентами яких є оксиди кремнезему Si02 і глинозему А1203. За вмістом кремнезему магматичні породи поділяються на чотири групи, які представлено в табл. 2.

Таблиця 2. Поділ магматичних порід за вмістом кремнезему

Породи	Вміст Si02, %	Характерні породи
Породи	Вміст Si02, %	Інтрузивні	Ефузивні
Ультраосновні	40	Дуніти, піроксеніт, перідотит
Основні	40—52	Габро	Базальт, діабаз
Середні	52—65	Діорит	Андезит
Кислі	65	Граніт	Ліпарит (ріоліт)

Осадові гірські породи бувають уламкового, органічного і хімічного походження. Відомо, що під дією тепла та холоду, вологи, вітру гірські породи постійно руйнуються, розпадаються на уламки, пісок, пил, мул. Текучі води, льодовики, вітер зносять цей вивітрений матеріал у моря, озера, низовини. Найбільша кількість піщаного і мулистого матеріалу осідає в морях і океанах. Спочатку він представляє собою напіврідку масу, але пізніше під тиском нових шарів ущільнюється і згодом перетворюється в тверду осадову породу: пісок — у пісковик, глина — в глинистий сланець. Ці гірські породи уламкового походження. Осадові породи органічного походження утворюються в результаті нагромадження органічних решток після відмирання тварин та рослин. Так, наприклад, органічного походження є крейда, яка складається головним чином з панцирів дрібних одноклітинних водоростей і мікроскопічних раковин корененіжок. Органічне походження має багато вапняків і такі корисні копалини, як кам’яне та буре вугілля. Осадові породи хімічного походження утворюються в результаті випадання з водних розчинів різноманітних розчинених речовин (наприклад, кам’яна сіль).

Метаморфічні гірські породи утворюються в процесі глибинного перетворення осадових і магматичних порід, які, будучи похованими під пластами нових нашарувань, опиняються в умовах великого тиску і високої температури. Інколи відбувається повне переплавлення порід, внаслідок чого з граніту та одночасно з осадових порід утворюється гнейс, а наприклад, з рихлого пісковику — дуже твердий кварцит. Перекристалізація вапняку приводить до утворення мармуру. Метаморфічні породи відрізняються специфічним мінеральним складом і набувають нових текстурних ознак, наприклад сланцюватості. До числа найпоширеніших метаморфічних порід належать глинисті сланці, гнейси, кварцити, мармури, скарни, роговики.

Источник

Розділ 3. РЕЧОВИННИЙ СКЛАД І БУДОВА ЗЕМНОЇ КОРИ

Земна кора, як доступніша для вивчення з усіх геосфер Землі, є безпосереднім об’єктом геологічних досліджень. В ній сконцентровані всі види мінеральної сировини необхідної для існування людства, в зв’язку з чим саме ця складова нашої планети вивчена найбільш повно і детально. Окрім того, саме земна кора є основним середовищем техногенного навантаження і з метою запобігання екологічної катастрофи необхідно всебічно вивчити її склад, будову та закони розвитку.

Речовинний склад земної кори

Земна кора складена різними за походженням групами гірських порід (магматичними, метаморфічними, осадовими), які, в свою чергу, складені мінералами, а останні хімічними елементами. Таким чином, виходячи з концепції ієрархічної організації природної речовини, про склад земної кори можна судити через послідовне вивчення хімічних елементів, мінералів і гірських порід.

Хімічний склад земної кори

Земна кора в хімічному відношенні з усіх внутрішніх геосфер Землі вивчена найбільш детально. Але і в її межах достовірні дані про хімічний склад гірських порід отримані лише для самої верхньої, доступної для спостережень частини материків, тобто до глибини 10-15 км.

Перші відомості про хімічний склад земної кори належать американському вченому Ф. Кларку, який базуючись на результатах 6000 хімічних аналізів різних гірських порід у 1889 році вирахував і опублікував середні вмісти 50 основних хімічних елементів земної кори. Пізніше ці результати уточнювалися багатьма вченими, зокрема, В.І. Вернадським, О.П. Виноградовим, Г.В. Войткевичем, О.Б. Роновим, Р. Тейлером, О.О.Ярошевським та іншими, які не тільки суттєво доповнили знання про хімічний склад земної кори, але й за пропозицією О.Є. Ферсмана ввели поняття кларків.

Кларк – це середній вміст хімічного елемента у земній корі. Розрізняють масові (вагові), атомні та об’ємні кларки. Масові кларки – це середні масові вмісти елементів, виражені у відсотках або грамах на тону. Атомні кларки відображають процентну кількість числа атомів, а об’ємні показують, який об’єм породи у відсотках займає даний елемент.

Найпоширенішими хімічними елементами в земній корі, кларки яких перевищують одиницю або близькі до неї, є кисень, кремній, алюміній, залізо, кальцій, натрій, магній, калій та водень. Вони складають більше 98% земної кори, при цьому близько 80% припадає на долю кисню, кремнію та алюмінію (табл. 3.1).

Зазначені вище елементи (окрім водню), а також вуглець, фосфор, хлор та фтор є головними складовими гірських порід, у зв’язку з чим їх називають породоутворюючими, або петрогенними. Елементи, які характеризуються незначними кларками, утворюють групу рідкісних або розсіянихелементів. Окрім цього виділяють ще металогенні елементи, що складають, головним чином, руди металевих корисних копалин. До них відносяться мідь, свинець, цинк, молібден, ртуть та інші. Проте, існують також елементи, які в природі відіграють подвійну роль: з однієї сторони вони можуть виступати як петрогенні, і входять до основного складу гірських порід, а з другої – утворюють типові сполуки металів як рудогенні. Прикладом їх можуть слугувати залізо, марганець, алюміній та інші.

Таблиця 3.1.

Середній хімічний склад земної кори (хімічні елементи, %)

Елементи	За Ф.В. Кларком (1924)	За О.П. Винаградовим (1962)	За О.О. Ярошевським (1988)
O	49,52	49,13	47,90
Si	25,75	26,00	29,50
Аl	7,51	7,45	8,14
Fe	4,70	4,20	4,37
Mg	1,94	2,35	1,79
Ca	3,29	3,25	2,71
Na	2,64	2,40	2,01
K	2,40	2,35	2,40
H	0,88	0,15	0,16

Нерівномірність поширення хімічних елементів у земній корі є однією з особливостей її хімізму. Це також знайшло відображення в періодичній системі Д.І. Мендєлєєва. Так, кларки перших 30 елементів системи (від водню до цинку), здебільшого, складають цілі і десяті частки відсотків, кларки ж інших елементів лише в поодиноких випадках досягають тисячних часток відсотка.

Наочніше характер поширення хімічних елементів у земній корі виражається напівлогарифмічною кривою О.Є. Ферсмана (рис. 3.1), де на осі абсцис показані порядкові номери елементів періодичної системи, а на осі ординат – логарифми кларків. Як видно з діаграми, значення кларків більшості елементів займають положення поблизу трендової лінії. Ці елементи відносяться до елементів з нормальноюпоширеністю. Вище середньої кривої знаходяться надлишкові елементи, до яких відносяться практично всі петрогенні, а нижче цієї кривої розташовані елементи, які дістали назву дефіцитних. Це – благородні гази, берилій, гелій, селен, платиноїди, літій та інші.

Рис. 3.1. Логарифми кларків хімічних елементів земної кори (за О.Є. Ферсманом)

Абсолютна більшість хімічних елементів являють собою групу атомів з різним масовим числом, але з однаковим зарядом, тобто – це асоціації ізотопів. В земній корі існує більше 360 ізотопів. Окремі хімічні елементи складаються з декількох ізотопів. Наприклад, олово має десять ізотопів, ксенон – дев’ять, кадмій і телур по вісім. Такі елементи називаються складними. Існують також і прості хімічні елементи, які не мають ізотопів. До них належать залізо, натрій, фосфор, ванадій, марганець, золото та інші, всього 22. Ізотопний склад складних хімічних елементів залежить від їх походження. Так, свинець, до складу якого входять чотири ізотопи (Pb204, Pb206, Pb207,Pb208), може бути урановим, як продукт розпаду урану з ізотопом Pb206, або торієвим з ізотопом Pb204 (продукт розпаду торію).

Помилковим було б вважати, що саме елементи з високими кларками утворюють родовища корисних копалин. В даному випадку основна роль належить не кларковим вмістам, а властивостям того або іншого елементу утворювати значні концентрації. Наприклад такі метали як галій, цезій, берилій з високими кларками не утворюють самостійних родовищ, і навпаки більш рідкісні елементи, такі як вісмут, ртуть, золото, срібло, можуть утворювати промислові концентрації. Це пояснюється тим, що кларкові вмісти хімічних елементів залежать від будови атомного ядра, а властивість елементів утворювати промислові концентрації – від хімічних властивостей атомів і стійкості зв’язків зовнішніх електронів. Тобто у здатності атомів віддавати або приєднувати електрони і, таким чином, утворювати сполуки. Однією з форм існування таких сполук хімічних елементів є мінерали, як наступний рівень організації земної речовини.

Дата добавления: 2017-03-18; просмотров: 622 | Нарушение авторских прав | Изречения для студентов

Хімічний склад Землі

будову океанічної земної кори

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

будову землі та земної кори

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

будову земної кори географія Залежно від фізичного стану та агрегації, корисні копалини можна розділити на категорії:

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

Характеристики окремих видів корисних копалин

За складом і особливостям застосування розрізняють:

Горючі (вугілля, нафта, газ).
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).
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

внутрішню будову земної кори
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

склад і будова земної кори 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

особливості будови 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

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.
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.
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.

Статті за темою “Склад і будова земної кори”

Источник