Океанская и материковая земная кора. Земная кора и ее строение Какие типы земной коры выделяются

Земная кора - верхняя часть литосферы. В масштабах всего земного шара её можно сравнить с тончайшей плёнкой - столь незначительна её мощность. Но даже эту самую верхнюю оболочку планеты мы знаем не очень хорошо. Как же можно узнать о строении земной коры, если даже самые глубокие скважины, пробуренные в коре, не выходят за первый десяток километров? На, помощь учёным приходит сейсмолокация. Расшифровывая скорость прохождения сейсмических волн через разные среды, можно получить данные о плотности земных слоёв, сделать вывод об их составе. Под континентами и океаническими впадинами строение земной коры различно.

ОКЕАНИЧЕСКАЯ КОРА

Океаническая земная кора более тонкая (5-7 км), чем континентальная, и состоит из двух слоёв - нижнего базальтового и верхнего осадочного. Ниже базальтового слоя находится поверхность Мохо и верхняя мантия. Рельеф дна океанов очень сложен. Среди разнообразных форм рельефа особенно выделяются огромные срединно-океанические хребты. В этих местах происходит зарождение молодой базальтовой океанической коры из вещества мантии. Через глубинный разлом, проходящий вдоль вершин по центру хребта - рифт, магма выходит на поверхность, растекаясь в разные стороны в виде лавовых подводных потоков, постоянно раздвигая в разные стороны стенки рифтового ущелья. Этот процесс называется спредингом.

Срединно-океанические хребты возвышаются над дном океанов на несколько километров, а их протяженность достигает 80 тыс. км. Хребты рассекаются параллельными поперечными разломами. Их называют трансформными. Рифтовые зоны - самые неспокойные сейсмические зоны Земли. Базальтовый слой перекрывают толщи морских осадочных отложений - илов, глин разного состава.

КОНТИНЕНТАЛЬНАЯ КОРА

Континентальная земная кора занимает меньшую площадь (около 40% поверхности Земли — прим. от geoglobus.ru), но имеет более сложное строение и гораздо большую мощность. Под высокими горами её толщина измеряется 60-70 километрами. Строение коры континентального типа трёхчленное - базальтовый, гранитный и осадочный слои. Гранитный слой выходит на поверхность на участках, именуемых щитами. Например, Балтийский щит, часть которого занимает Кольский полуостров, сложен породами гранитного состава. Именно здесь велось глубокое бурение, и Кольская сверхглубокая скважина достигла отметки 12 км. Но попытки пробурить весь гранитный слой насквозь оказались неудачными.

Шельф - подводная окраина материка - также имеет континентальную кору. То же относится и к крупным островам - Новой Зеландии, островам Калимантан, Сулавеси, Новая Гвинея, Гренландия, Сахалин, Мадагаскар и другим. Окраинные моря и внутренние моря, такие как Средиземное, Чёрное, Азовское, расположены на коре континентального типа.

Говорить о базальтовом и гранитном слоях континентальной коры можно лишь условно. Имеется в виду, что скорость прохождения сейсмических волн в этих слоях сходна со скоростью прохождения их в породах базальтового и гранитного состава. Граница гранитного и базальтового слоев выделяется не очень чётко и изменяется по глубине. Базальтовый слой граничит с поверхностью Мохо. Верхний осадочный слой меняет свою толщину в зависимости от рельефа поверхности. Так, в горных районах он тонкий или вообще отсутствует, так как внешние силы Земли перемещают рыхлый материал вниз по склонам — прим. от geoglobus.ru. Зато в предгорьях, на равнинах, в котловинах и впадинах он достигает значительных мощностей. Например, в Прикаспийской низменности, которая испытывает погружение, осадочный слой достигает 22 км.

ИЗ ИСТОРИИ КОЛЬСКОЙ СВЕРХГЛУБОКОЙ СКВАЖИНЫ

С момента начала бурения этой скважины в 1970 году ученые ставили сугубо научную задачу этого эксперимента: определить границу между гранитным и базальтовым слоями. Место было выбрано с учетом того, что именно в районах щитов гранитный слой, не перекрытый осадочным, может быть пройден «насквозь», что позволило бы прикоснуться к породам базальтового слоя, увидеть разницу. Ранее предполагалось, что такая граница на Балтийском щите, где на поверхность выходят древние магматические породы, должна находиться на глубине примерно 7 км.

За несколько лет бурения скважина неоднократно отклонялась от заданного вертикального направления, пересекая пласты с разной прочностью. Иногда буры ломались, и тогда приходилось начинать бурение заново, обходными стволами. Материал, который доставлялся на поверхность, исследовался разными учеными и постоянно приносил удивительные открытия. Так, на глубине около 2 км были найдены медно-никелевые руды, а с глубины 7 км был доставлен керн (так называется образец породы из бура в виде длинного цилиндра — прим. от geoglobus.ru), в котором были обнаружены окаменевшие остатки древних организмов.

Но, пройдя более 12 км к 1990 году, скважина так и не вышла за пределы гранитного слоя. В 1994 году бурение было остановлено. Кольская сверхглубокая - не единственная в мире скважина, которую закладывали для глубокого бурения. Подобные эксперименты велись в разных местах несколькими странами. Но только Кольская достигла таких отметок, за что была занесена в Книгу рекордов Гиннесса.

Наиболее существенными чертами земной коры в морях и океанах служат ее небольшая толщина и отсутствие в ее строении гранитного слоя.

По соотношению глубинного строения коры с крупными морфологическими чертами океанического дна можно различать следующие типы строения океанической коры.

Окраинно-материковый тип коры распространен на пространствах материковой отмели (шельфе), представляет прямое продолжение материковых структур в пределы шельфа.

Толщина ее от 25 до 35 км. В строении коры здесь выражены осадочный, гранитный и базальтовый слои. От материковых платформ в отдельных случаях она отличается более мощным осадочным покровом.

Морской геосинклинальный тип коры присущ морским геосинклинальным впадинам различных геосинклинальных морей (внутриматериковых, межматериковых, окраинно-материковых). Такого типа кора подстилает моря Средиземное, Карибское, Черное, Каспийское, Японское, Охотское, Берингово.

Она характеризуется большой толщей осадочного покрова и поверхностных рыхлых отложений, составляющих в совокупности осадочную толщу до 20 км и более. Эта толща залегает непосредственно на базальтовом слое. Указанное строение свойственно центральным частям глубоководных морских впадин. На склонах этих впадин породы, относящиеся к гранитному слою, постепенно выклиниваются, что сопровождается крутым падением слоев осадочных пород (мезозойского и кайнозойского возрастов), слагающих прилегающие пространства.

Субокеанический тип коры распространен в пределах материкового склона.

Мощность морских рыхлых осадков по мере увеличения глубины резко возрастает, достигая вблизи основания материкового склона 2-3 км. В других частях материкового склона, где фундамент резко расчленен, структурно обусловленные неровности его постепенно выравниваются толщей осадков.

По мере увеличения глубины на материковом склоне толщина гранитного слоя постепенно уменьшается и угол падения отложений на нем, нередко имеющих трансгрессивный характер залегания, увеличивается. С уменьшением гранитного слоя и покрывающих его отложений толщина коры в нижней части склона уменьшается до 10 км. Характер залегания фундамента и покрывающих его осадочных пород ближе всего отвечает структуре материковой флексуры. В этом случае наиболее прогнутая часть материкового склона (у его основания), заполненная мощными рыхлыми отложениями, представляет растущий геосинклинальный прогиб.

В большинстве случаев он компенсирован накоплением снесенных со склона рыхлых отложений. В других случаях вдоль материкового склона простираются линии глубинных разломов, выраженные в рельефе материкового склона. Они могут определять дальнейшее развитие геосинклинального прогиба между краем материка и дном океана.

Тип абиссальных океанических равнин структуры земной коры распространен на преобладающей части дна океанических бассейнов с глубинами более 4500-5000 м.

Для коры такого типа характерны отсутствие гранитного слоя и наименьшая ее общая мощность (от 2-3 до 10-12 км). Рыхлые океанические осадки, нередко содержащие в своем составе слои вулканических пород, непосредственно залегают на базальтовом слое. Среди абиссальных равнин по признаку мощности верхнего слоя осадков можно различать абиссальные вулканические равнины и абиссальные аккумулятивные равнины. Первым свойственна сравнительно небольшая мощность осадочных отложений (не более 400-500 м) и, что особенно важно, отдельные слои вулканических пород.

Абиссальные аккумулятивные равнины отличаются большой мощностью поверхностного рыхлого покрова, достигающего 2.5-3 км (как правило, более 1 км). Считается наиболее вероятным, что большая мощность рыхлых осадков в коре этого типа связана с мутьевыми потоками. В то же время очевидно, что таким путем столь значительные осадки могли отлагаться лишь в условиях устойчивого прогибания. Таким образом, различные условия накопления отложений осадочного покрова на дне океанов отражают их неотектоническое развитие.

Тип океанических хребтов и поднятий .

Структуры этого типа имеют громадную протяженность и сложно расчлененный рельеф с большим участием в его формировании разломов и движений по ним (рифтовые долины).

К этому типу следует отнести срединные океанические хребты и океанические горные страны (например, в Тихом океане), а также отдельные значительные горы и возвышенности на океаническом дне, нередко служащие фундаментом океанических островов.

Данному типу структуры океанической коры свойственна значительная общая мощность, достигающая 20-30 км. В строении такой коры поверхностную часть разреза слагают осадочно-вулканические породы, на глубине их сменяют породы базальтового слоя, которые в сравнении с другими частями структуры коры дна океанов обладают существенно иными свойствами.

В основании океанических горных хребтов и гор эти породы отличаются большей плотностью, которую объясняют смешением базальтов с породами мантии. Поверхность раздела М под океаническими хребтами значительно понижается. Близкий к этому характер глубинного строения имеют и подводные хребты морских геосинклинальных впадин.

Они отличаются только большим сходством пород поверхностной части разреза с породами прилегающих материковых структур.

Тип абиссальных океанических желобов . Для структур коры данного типа характерна совсем небольшая мощность коры при резком погружении поверхности раздела М.

Приуроченность абиссальных желобов к линиям глубинных разломов, их современная сейсмичность, вулканизм, условия осадконакопления - все это свидетельствует об их принадлежности к современным значительным геосинклинальным прогибам, развитие которых продолжается.

В некоторых желобах известны осадочные породы большой мощности, например в желобе Пуэрто-Рико (8 км). В других желобах (Японском, Тонга) известны породы, относящиеся к гранитной оболочке коры. Осадочная толща залегает на базальтовом слое небольшой мощности. Наиболее обоснованным в данном случае является представление о растяжении земной коры под океаническими желобами, за счет которого уменьшается толщина базальтового слоя. Отрицательные аномалии силы тяжести здесь связаны с отложениями рыхлых осадков большой мощности.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Вконтакте

Одноклассники

(Vp) меньше 5 км/с.

2) Второй — традиционно называемый "гранитный" слой на 50% сложен гранитами, на 40% — гнейсами и другими в разной степени метаморфизованными породами.

Исходя из этих данных, его часто называют гранитогнейсовым . Его средняя мощность составляет 15-20 км (иногда в горных сооружениях до 20- 25 км). Скорость сейсмических волн (Vp) — 5,5-6,0 (6,4) км/с.

3) Третий, нижний слой называется "базальтовым".

По среднему химическому составу и скорости сейсмических волн этот слой близок к базальтам. Правильнее называть этот слой гранулито-базитовым (Vp) 6,5-6,7 (7,4) км/с.

раздела Конрада.

7 Континентальная и субконтинентальная земная кора.

Континентальный тип земной коры.

Мощность континентальной земной коры изменяется от 35-40 (45) км в пределах платформ до 55-70 (75) км в молодых горных сооружениях.

Континентальная кора состоит из трех слоев.

1) Первый — самый верхний слой представлен осадочными горными породами, мощностью от 0 до 5 (10) км в пределах платформ, до 15-20 км в тектонических прогибах горных сооружений.

Скорость продольных сейсмических волн (Vp) меньше 5 км/с.

2) Второй — традиционно называемый "гранитный" слой на 50% сложен гранитами, на 40% — гнейсами и другими в разной степени метаморфизованными породами. Исходя из этих данных, его часто называют гранитогнейсовым .

Его средняя мощность составляет 15-20 км (иногда в горных сооружениях до 20- 25 км). Скорость сейсмических волн (Vp) — 5,5-6,0 (6,4) км/с.

3) Третий, нижний слой называется "базальтовым". По среднему химическому составу и скорости сейсмических волн этот слой близок к базальтам. Правильнее называть этот слой гранулито-базитовым . Его мощность изменяется от 15-20 до 35 км. Скорость распространения волн (Vp) 6,5-6,7 (7,4) км/с.

Граница между гранитогнейсовым и гранулито-базитовым слоями получила название сейсмического раздела Конрада.

Субконтинентальный тип земной коры-По строению аналогичен континентальному, но стал выделяться в связи с нечетко выраженной границей Конрада.

8 Океанический и субокеанический типы земной коры

Океанская кора — имеет трехслойное строение при мощности от 5 до 9(12) км, чаще 6-7 км.

Некоторое увеличение мощности наблюдается под океанскими островами.

1. Верхний, первый слой океанской коры — осадочный, состоит преимущественно из различных осадков, находящихся в рыхлом состоянии. Его мощность от нескольких сот метров до 1 км. Скорость распространения сейсмических волн (Vp) в нем 2,0-2,5 км/с.

Второй океанский слой, располагающийся ниже, по данным бурения, сложен преимущественно базальтами с прослоями карбонатных и кремнистых пород. Мощность его от 1,0-1,5 до 2,5-3,0 км. Скорость распространения сейсмических волн (Vp) 3,5-4,5 (5) км/с.

3. Третий, нижний высокоскоростной океанский слой бурением еще не вскрыт — сложен основными магматическими породами типа габбро с подчиненными ультраосновными породами (серпентинитами, пироксенитами).

Его мощность по сейсмическим данным от 3,5 до 5,0 км. Скорость сейсмических волн (Vp) от 6,3-6,5 км/с, а местами увеличивается до 7,0 (7,4) км/с

Субокеанский тип земной коры — приурочен к котловинным частям (с глубиной выше 2 км) окраинных и внутриконтинентальных морей (Охотское, Японское, Средиземное, Черное и др.).

По строению этот тип близок к океанскому, но отличается от него повышенной мощностью (4-10 и больше км) осадочного слоя, располагающегося на третьем океанском слое мощностью 5-10 км.

9 Относительная и абсолютная геохронология. Характеристика геохронологической и стратиграфической шкал.

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ГЕОХРОНОЛОГИЯ

стратиграфия — одна из ветвей геологической науки, в задачу которой входят расчленение толщ осадочных и вулканогенных пород на отдельные слои и их пачки; описание содержащихся в них остатков фауны и флоры; установление возраста слоев; сопоставление выделенных слоев данного района с другими; составление сводного разреза отложений региона и разработка стратиграфической шкалы не только для отдельных регионов — региональных стратиграфических шкал, но и единой или международной стратиграфической шкалы для всей Земли.

1) литологический метод – любой разрез отложений должен быть расчленен на отдельные слои или их пачки.

2) палеонтологический — основан на выделении слоев, содержащих различные комплексы органических остатков.

3) микропалеонтологический метод, объектом которого являются остатки известковых и кремнистых скелетов простейших организмов.

4) спорово-пыльцевой метод, основанный на изучении остатков спор и зерен пыльцы, которые чрезвычайно устойчивы и не разрушаются, разносясь ветром на большие расстояния в огромном количестве.

Рассмотренные палеонтологические методы применимы лишь к слоистым осадочным отложениям.

Однако большие пространства на земном шаре сложены магматическими и метаморфическими породами, лишенными органических остатков. Кним этот метод неприменим.

5) палеомагнитный метод, основанный на способности горных пород сохранять характер намагниченности той эпохи, в которую они образовались. Следует отметить, что палеомагнитный метод чрезвычайно широко используется для определения перемещений литосферных плит в геологическом прошлом.

Абсолютная геохронология

1) радиометрические методы

таблицу ).

2) Люминесцентные методы

Тоже основан на изменениях, постепенно накапливающихся в кристалле под воздействием радиации. Только в данном случае речь идёт не о количестве „возбуждённых“ электронов, способных „успокаиваться“ с излучением света, а о количестве электронов с изменившимся спином.

4) аминокислотный метод

Или датирование по древесным кольцам, в большой чести у археологов. Этот метод позволяет датировать только самые молодые отложения (возрастом до 5–8 тысяч лет), зато с очень высокой точностью, вплоть до одного года! Нужно лишь, чтобы в раскопе обнаружилось достаточное количество древесины.

В стволах большинства деревьев образуются годовые кольца, ширина которых колеблется в зависимости от погодных условий соответствующего года.

10 Характеристика методов абсолютной геохронологии

Абсолютная геохронология

1) радиометрические методы , основанные на постоянстве скорости распада радиоактивных изотопов (см.

таблицу ).

Пока вещество находится в жидком состоянии (жидкая магма, например) его химический состав переменчив: происходит перемешивание, диффузия, многие компоненты могут улетучиваться и т.

д. Но когда минерал затвердевает, он начинает вести себя как относительно замкнутая система. Это значит, что присутствующие в нём радиоактивные изотопы не вымываются и не улетучиваются из него, и уменьшение их количества происходит только за счёт распада, который идёт с известной постоянной скоростью.

2) Люминесцентные методы абсолютной датировки основаны на способности некоторых широко распространённых минералов (например, кварца и полевого шпата) накапливать в себе энергию ионизирующего излучения, а затем, при определённых условиях, быстро отдавать её в виде света.

Ионизирующее излучение не только прилетает к нам из космоса, но и генерируется горными породами в ходе распада радиоактивных элементов.

3) Метод электронно-парамагнитного или электронно-спинового резонанса тоже основан на изменениях, постепенно накапливающихся в кристалле под воздействием радиации.

Только в данном случае речь идёт не о количестве „возбуждённых“ электронов, способных „успокаиваться“ с излучением света, а о количестве электронов с изменившимся спином.

4) аминокислотный метод , основанный на том, что „левые“ аминокислоты, из которых построены белки всех живых организмов, после смерти постепенно рацемизируются, то есть превращаются в смесь „правых“ и „левых“ форм.

Метод применим только к образцам очень хорошей сохранности, в которых сохранилось достаточное количество первичного органического вещества.

5) Дендрохронологический метод , или датирование по древесным кольцам, в большой чести у археологов.

Континентальный тип земной коры.

Этот метод позволяет датировать только самые молодые отложения (возрастом до 5–8 тысяч лет), зато с очень высокой точностью, вплоть до одного года! Нужно лишь, чтобы в раскопе обнаружилось достаточное количество древесины. В стволах большинства деревьев образуются годовые кольца, ширина которых колеблется в зависимости от погодных условий соответствующего года.

11 Тектонические движения земной коры.

Колебательные движения.

Колебательные движения — важное звено в сложной цепи разнообразных геологических процессов. Они теснейшим образом связаны со складкообразующими и разрывообразующими движениями, ими в значительной степени обусловлен ход трансгрессии и регрессии моря, изменения в очертаниях материков, характер и интенсивность процессов осадконакопления и денудации и т.д.

Другими словами, колебательные движения — ключ к палеогеографическим построениям, они дают возможность понять физико-географическую обстановку прошедших времен и генетически увязать между собой ряд геологических событий.

Некоторые общие свойства колебательных движений:

1) Множественность периодов колебательных движений.

2) Широкое площадное распространение колебательных движений. Колебательные движения распространены всюду.

3) Обратимость колебательных движений.

Это явление смены знака движения: поднятие в одном и том же месте со временем сменяется опусканием и т.д. Но каждый цикл не является повторением предыдущего, он изменяется, усложняется.

4) Колебательные движения не сопровождаются развитием линейной складчатости и разрывов.

5) Колебательные движения и мощность осадочных толщ. При изучении колебательных движений важнейшее значение имеет анализ мощностей осадочных толщ. Мощность данной серии осадков в общих чертах суммарно соответствует глубине погружения участка коры, в пределах которого накопилась данная толща.

6) Колебательные движения и палеогеографические реконструкции.

Тектонические движения — движения земной коры, вызванные процессами проходящими в ее недрах.

Основной причиной тектонических движений считаются конвективные течения в мантии, возбуждаемые теплом распада радиоактивных элементов и гравитационной дифференциацией ее вещества в сочетании с действием силы тяжести и стремлением литосферы к гравитационному равновесию по отношению к поверхности астепосферы.

1.Вертикальные тектонические движения.

Любой участок земной поверхности с течением времени неоднократно испытывал восходящие и нисходящие тектонические движения.

Поднятия.

Морские отложения часто можно обнаружить высоко в горах. Они накапливались первоначально ниже уровня моря, но позже были подняты на большую высоту. Амплитуда подъема в ряде случаев может достигать 10 км.

2.Горизонтальные тектонические движения.

Проявляются в двух видах: сжатия и растяжения.

Сжатия. Собранные в складки осадочные слои указывают на уменьшение горизонтальных расстояний между отдельными точками, происходившие перпендикулярно осям складок.

Объяснение сжатия основывалось на наблюдающейся потере Землей тепла и возможным ее остыванием, что должно обусловливать сокращение ее объема.

Растяжение.

При растяжении возникают трещины, через которые на поверхность поступает огромное количество базальтовой магмы, образующей дайки и потоки.

13 Основные виды разрывных нарушений

Главнейшие виды разрывных нарушений — это сброс, надвиг и сдвиг.

Сброс — лежачее крыло поднято, висячее опущено. Сместитель падает в сторону опущенного крыла. Угол падения чаще всего составляет 40-60¦, но может быть любым. Сброс — деформация растяжения.

Крупные сбросы оконтуривают впадины Байкала, Телецкого озера, Красного моря и др.

Надвиг — лежачее крыло опущено, висячее поднято. Сместитель падает в сторону поднятого крыла. Угол падения чаще всего составляет 40-60¦. Надвиг — деформация скалывания в условиях сжатия. Гадвиги с очень крутым сместителем, более 60¦, называются взбросами.

Сдвиг — тектонический разрыв с перемещением крыльев в основном в горизонтальном направлении вдоль простирания сместителя.

Ориентирован, как правило, под углом к направлению тектонических сил и обладает крутым или вертикальным сместителем.

В природе возможны комбинации различных типов указанных разрывных нарушений (сбросо-сдвиговые, сдвиго-надвиговые и др.). По характеру взаимоотношения сместителя с простиранием пластов в складчатой структуре выделяют продольные, поперечные, косые, согласные и несогласные нарушения.

14 Магматизм и магматические горные породы

Магма — это вещество Земли в расплавленном жидком состоянии.

Она образуется в Земной коре и верхней мантии в интервалах глубин 30-400 км.

Характеристике магматических пород.

1. Минеральный состав — минералы подразделяют на породообразующие (главные и второстепенные) и акцессорные.

Породообразующие минералы — составляют>90% объема породы и представлены главным образом силикатами:

полевые шпаты, кварц, нефелин — светлоокрашенные,

пироксен, оливин, амфиболы, слюды — темноцветные.

В разных по химическому составу породах один и тот же минерал может быть главным или второстепенным.

Акцессорные минералы составляют, в среднем ~1% объема породы, и представляют: апатит, магнетит, циркон, рутил, хромит, золото, платину и др.

Классификация магматических пород

В основу классификации положены признаки — химический состав и генезис.

По химическому составу и в частности по содержанию кремнезема SiO 2 все породы делятся на:

ультраосновные SiO2 >45%

основные SiO2 до 45-52%

средние SiO2 до 52-65%

кислые SiO2 до 65-75%

В свою очередь среди этих групп каждая подразделяется по генезису на интрузивные и эффузивные.

15 ИНТРУЗИВНЫЙ МАГМАТИЗМ

I. Интрузивный магматизм — процесс внедрения магмы в вышележащие толщи и ее кристаллизация в земной коре не достигая поверхности на разных глубинах.

Для этого процесса характерно медленное снижение температуры и давления, кристаллизация в замкнутом пространстве. Магматические породы состоят из полностью раскристаллизованных зернистых агрегатов породообразующих минералов.

Такие магматические породы называются интрузивными.

В зависимости от глубины формирования интрузивные массивы подразделяются на приповерхностные, или субвулканические (последнее слово означает, что магма почти подошла к поверхности, но все-таки не вышла на нее, т.е.

образовался "почти вулкан" или субвулкан) — до первых сотен метров; среднеглубинные, или гипабиссальные,- до 1-1,5 км и глубинные, или абиссальные,- глубже 1-1,5 км.

К глубинным относятся секущие и пластовые жилы. а)секущие жилы пересекают слой горных пород под различными углами, называются дайками. Образуются в результате растяжения горных пород и заполнения пространства магмой.

Породы: порфириты, гранит – порфиры, диабазы, негматиты. б) пластовые жилы – силлы – залегают согласно с вмещающими породами, образуются в результате раздвигания магмой этих пород.

К глубинным также относятся:

лополит (чаша) S = 300 км2, m – 15 км.

в поперечнике, характерен для платформ.

факолит (чечевица) – образуется одновременно со складками; S ~ 300 км2, m ~ 10 км.

лакколит – грибообразный, верхние слои приподняты; S – 300 км2, m – 10 – 15 км.

Различают глубинные формы такие как:

батолиты – крупные гранитные интрузии, S – сотни и тысячи км2, в глубину – неопределено.

штоки – столбообразные тела, изометричные, S < 100 – 150 км2.

Типы строения земной коры

При изучении земной коры было обнаружено ее неодинаковое строение в разных районах.

Обобщение большого фактического материала позволило выделить два типа строения земной коры - континентальный и океанический.

Континентальный тип

Для континентального типа характерна весьма значительная мощность коры и присутствие гранитного слоя.

Граница верхней мантии здесь расположена на глубине 40-50 км и больше. Мощность толщи осадочных горных пород в одних местах достигает 10-15 км, в других - толща может полностью отсутствовать. Средняя мощность осадочных пород континентальной земной коры составляет 5,0 км, гранитного слоя - около 17 км (от 10-40 км), базальтового - около 22 км (до 30 км).

Как упоминалось выше, петрографический состав базальтового слоя континентальной коры пестрый и скорее всего в нем преобладают не базальты, а метаморфические породы основного состава (гранулиты, эклогиты и т.п.).

По этой причине некоторые исследователи предлагали этот слой называть гранулитовым.

Мощность континентальной земной коры увеличивается на площади горно-складчатых сооружений. Например, на Восточно-Европейской равнине мощность коры около 40 км (15 км - гранитный слой и более 20 км - базальтовый), а на Памире - в полтора раза больше (около 30 км в сумме составляют толща осадочных пород и гранитный слой и столько же базальтовый слой).

Особенно большой мощности достигает континентальная кора в горных областях, расположенных по краям материков. Например, в Скалистых горах (Северная Америка) мощность коры значительно превышает 50 км. Совершенно иным строением обладает земная кора, слагающая дно океанов. Здесь мощность коры резко сокращается и вещество мантии подходит близко к поверхности.

Гранитный слой отсутствует, мощность осадочной толщи сравнительно небольшая.

Выделяются верхний слой неуплотненных осадков с плотностью 1,5-2 г/см3 и мощностью около 0,5 км, вулканогенно-осадочный слой (переслаивание рыхлых осадков с базальтами) мощностью 1-2 км и базальтовый слой, среднюю мощность которого оценивают в 5-6 км.

На дне Тихого океана земная кора имеет суммарную мощность 5-6 км; на дне Атлантического океана под осадочной толщей в 0,5-1,0 км располагается базальтовый слой мощностью 3-4 км. Отметим, что с увеличением глубины океана мощность коры не уменьшается.

В настоящее время выделяют также переходные субконтинентальный и субокеанический тип коры, отвечающие подводной окраине материков.

В пределах коры субконтинентального типа сильно сокращается гранитный слой, который замещается толщей осадков, а затем по направлению к ложу Океана начинается уменьшение мощности базальтового слоя. Мощность этой переходной зоны земной коры обычно 15-20 км. Граница между океанической и субконтинентальной корой проходит в пределах материкового склона в интервале глубин 1 -3,5 км.

Океанический тип

Хотя кора океанического типа занимает большую площадь, чем континентальная и субконтинентальная, в силу ее небольшой мощности в ней сосредоточен лишь 21% объема земной коры.

Сведения об объеме и массе разных типов земной коры приведены на рис.1.

Рис.1. Объем, мощность и масса горизонтов разных типов земной коры

Земная кора залегает на подкорковом мантийном субстрате и составляет всего 0,7% от массы мантии. В случае малой мощности коры (например, на океаническом ложе) самая верхняя часть мантии будет находиться также в твердом состоянии, обычном для горных пород земной коры.

Поэтому, как отмечено выше, наряду с понятием о земной коре как об оболочке с определенными показателями плотности и упругих свойств, имеется понятие о литосфере - каменной оболочке, толще твердого вещества, покрывающего поверхность Земли.

Структуры типов земной коры

Типы земной коры различаются также своими структурами.

Для земной коры океанического типа характерны разнообразные структуры. По центральной части дна океанов протягиваются мощные горные системы - срединно-океанические хребты. В осевой части эти хребты рассечены глубокими и узкими рифтовыми долинами с крутыми бортами. Эти образования представляют собой зоны активной тектонической деятельности. Вдоль островных дуг и горных сооружений по окраинам материков располагаются глубоководные желоба. Наряду с этими образованиями имеются глубоководные равнины, занимающие огромные площади.

Столь же неоднородна континентальная земная кора.

В ее пределах можно выделить молодые горноскладчатые сооружения, где мощность коры в целом и каждого из ее горизонтов сильно возрастает. Выделяются также площади, где кристаллические горные породы гранитного слоя представляют древние складчатые области, выровненные на протяжении длительного геологического времени. Здесь мощность коры значительно меньше. Эти обширные участки континентальной коры называются платформами. Внутри платформ различают щиты - районы, где кристаллический фундамент выходит непосредственно на поверхность, и плиты, кристаллическое основание которых покрыто толщей горизонтально залегающих отложений.

Примером щита является территория Финляндии и Карелии (Балтийский щит), в то время как на Восточно-Европейской равнине складчатый фундамент глубоко опущен и перекрыт осадочными отложениями. Средняя мощность осадков на платформах около 1,5 км. Для горноскладчатых сооружений характерна значительно большая мощность толщи осадочных пород, средняя величина которой оценивается в 10 км. Накопление таких мощных отложений достигается длительным постепенным опусканием, прогибанием отдельных участков континентальной коры с последующим их подъемом и складкообразованием.

Такие участки называются геосинклиналями. Это наиболее активные зоны континентальной коры. К ним приурочено около 72% всей массы осадочных пород, в то время как на платформах сосредоточено около 28%.

Проявления магматизма на платформах и геосинклиналях резко различается. В периоды прогибания геосинклиналей по глубинным разломам поступает магма основного и ультраосновного состава.

В процессе превращения геосинклинали в складчатую область происходит образование и внедрение огромных масс гранитной магмы. Для поздних этапов характерны вулканические излияния лав среднего и кислого состава.

На платформах магматические процессы выражены значительно слабее и представлены преимущественно излияниями базальтов или лав щелочно-основного состава. Среди осадочных пород континентов преобладают глины и глинистые сланцы.

На дне океанов увеличивается содержание известковых осадков. Итак, земная кора состоит из трех слоев. Ее верхний слой сложен осадочными породами и продуктами выветривания. Объем этого слоя составляет около 10% общего объема земной коры. Большая часть вещества находится на континентах и переходной зоне, в пределах океанической коры его не более 22% объема слоя.

В так называемом гранитном слое наиболее распространенными породами являются гранитоиды, гнейсы и кристаллические сланцы.

На породы более основного состава приходится около 10% этого горизонта. Это обстоятельство хорошо отражается на среднем химическом составе гранитного слоя. При сопоставлении величин среднего состава обращает на себя внимание ясное различие этого слоя и осадочной толщи (рис.

Рис.2. Химический состав земной коры (в весовых процентах)

Состав базальтового слоя в двух основных типах земной коры неодинаков. На континентах эта толща характеризуется разнообразием горных пород. Здесь присутствуют глубоко метаморфизованные и магматические породы основного и даже кислого состава.

Основные породы составляют около 70% всего объема этого слоя. Базальтовый слой океанической коры значительно более однороден. Преобладающим типом пород являются так называемые толеитовые базальты, отличающиеся от континентальных базальтов низким содержанием калия, рубидия, стронция, бария, урана, тория, циркония и высоким отношением Na/K.

Это связано с меньшей интенсивностью процессов дифференциации при их вплавлении из мантии. В глубоких рифовых разломах выходят ультраосновные породы верхней мантии. Распространенность горных пород в земной коре, сгруппированных для определения соотношения их объема и масс, приведена на рис.3.

Рис.3.

Распространенность горных пород в земной коре

Формирование земной коры

Земная кора континентов состоит из кристаллических пород базальтового и гранитного геофизических слоев (59,2% и 29,8% соответственно от общего объема земной коры), перекрытых оса- дочной оболочкой (стратисферой). Площадь материков и островов составляет 149 млн.

Типы строения земной коры

км2. Осадочная оболочка покрывает 119 млн. км2, т.е. 80% общей площади суши, выклиниваясь в направлении к древним щитам платформ. Сложена она преимущественно позднепротерозойскими и фанерозойскими осадочными и вулканогенными породами, хотя в ее составе присутствуют в незначительном количестве и более древние средне и раннепротерозойские слабо метаморфизованные отложения протоплатформ.

Площади выходов осадочных пород с увеличением возраста убывают, а кристаллических пород – растут.

Осадочная оболочка земной коры океанов, занимающих 58% общей площади Земли, залегает на базальтовом слое. Возраст ее отложений по данным глубоководного бурения охватывает интервал времени от верхней юры до четвертичного периода включительно. Средняя мощность осадочной оболочки Земли оценивается в 2,2 км, что соответствует 1/3000 радиуса планеты. Общий объем слагающих ее образований примерно 1100 млн.

км3, что составляет 10,9% от общего объема земной коры и 0,1% от общего объема Земли. Общий объем океанских осадков оценивается в 280 млн. км3. Средняя мощность земной коры оценивается в 37,9 км, что составляет 0,94% от общего объема Земли. Вулканические породы составляют 4,4% на платформах и 19,4% в складчатых областях от общего объема осадочной оболочки.

В платформенных областях и, особенно, в океанах широко распространены базальтовые покровы, занимающие более чем две трети поверхности Земли.

Земная кора, атмосфера и гидросфера Земли сформированы вследствие геохимической дифференциации нашей планеты, сопровождавшейся плавлением и дегазацией глубинного вещества. Формирование земной коры обусловлено взаимодействием эндогенных (магматических, флюидно-энергетических) и экзогенных (физическое и химическое выветривание, разрушение, разложение пород, интенсивное терригенное осадконакопление) факторов.

Большое значение при этом имеет изотопная систематика магматических пород, поскольку именно магматизм несет в себе информацию о геологическом времени и вещественной специфике поверхностных тектонических и глубинных мантийных процессов, ответственных за формирование океанов и континентов и отражает важнейшие особенности процессов превращения глубинного вещества Земли в земную кору. Наиболее обоснованным считается последовательное образование за счет деплетированной мантии океанской коры, которая в зонах конвергентного взаимодействия плит формирует кору переходного типа островных дуг, а последняя после ряда структурно-вещественных преобразований превращается в континентальную земную кору.

Строение и типы земной коры

Земная кора , слагающая верхнюю оболочку Земли, неоднородна по вертикали и горизонтали.

Верхней границей земной коры является верхняя твердая поверхность планеты, нижней - поверхность мантии. По агрегатному состоянию верхняя часть мантии ближе земной коре, поэтому их объединяют в единую каменную оболочку - литосферу.

Верхняя граница литосферы и земной коры совпадают, нижняя граница проходит по поверхности астеносферы. Под континентами и земная кора, и литосфера имеют большую мощность, чем под океанами, при этом синхронно возрастают или сокращаются мощности и земной коры, и надастеносферного слоя мантии.

Наиболее выдержанное строение имеют древние блоки земной коры, или континентальные ядра, возраст которых более 2 млрд лет. В них выделяются три слоя (оболочки): верхний - осадочный слой, затем гранитный и еще ниже базальтовый.

Названия эти даны по физическим свойствам слоев, а не по составу, поэтому являются условными.

Осадочный слой сложен осадочными и вулканогенно-осадочными породами. Почвы и современные, в том числе и техногенные, отложения в него не входят. Основная масса пород глинистые и песчанистые (почти 70 %): рыхлые (глина, песок) и сцементированные (глинистые сланцы, песчаники).

Карбонатные породы (известняки, мергели и др.) сцементированы. Породы, претерпевшие термодинамические преобразования (раскристаллизацию), отсутствуют или встречаются редко и локально. Залегают такие слои горизонтально и субгоризонтально.

Изредка этот слой прорывается силикатными расплавами, близкими по составу базальтам. Среди осадочных пород нередко залегают пласты угля и слои, насыщенные газами и нефтью. Средняя плотность пород - 2,45 г/см3.

Мощность слоя изменяется от 0 до 20 км, составляя в среднем около 3,5 км. Его подстилает гранитный или базальтовый слои.

Гранитный слой состоит из гнейсов, близких по составу гранитам, и гранитов, в совокупности составляющих почти 80 %.

Поэтому этот слой чаще называют гранито-гнейсовый . Горные породы, слагающие этот слой, образуют тела в форме слоев, линз, жил, нередко прорывают слоистые толщи и по разломам внедряются в виде интрузивов. Все эти тела деформируются, раздавливаются, сминаются в складки, разбиваются на блоки, т.

е. испытывают термодинамические и тектонические воздействия и перекристаллизацию. Мощность слоя изменяется от 0 до 25 км. Он перекрывается осадочным слоем.

Ниже гранитного залегает базальтовый слой. Граница между ними носит название поверхности (раздел) Конрада и выражена, как правило, нечетко. Средняя плотность слоя составляет 2,7 г/см3.

Базальтовый слой состоит в основном из гнейсов, близких по составу базитам, габброидам и гранулитам, поэтому называется часто базито-гнейсовым или гранулито-гнейсовым.

Ниже базальтового слоя земной коры залегает надастеносферный слой мантии, входящий, как уже говорилось, вместе с земной корой в литосферу.

По составу этот слой близок перидотитам и называется ультрабазитовым. Средняя плотность 3,3 г/см3, значительно выше, чем у пород нижнего слоя коры. Под континентами этот слой обеднен кремнием, калием, алюминием и летучими компонентами (си-алическими). Такая мантия называется «истощенной», т. е. отдавшей значительную часть легких элементов для формирования земной коры. Так же отличается и базито-гнейсовый слой континентов от базальтового слоя океанической коры.

В земной коре океанов встречаются два «базальтовых» слоя: континентального и океанического типов. Такая закономерность характерна для древней океанической коры вблизи континентальных окраин.

По принадлежности к основным элементам земной коры, по составу и мощности выделяются два основных типа земной коры: континентальная и океаническая.

Континентальная кора - кора континентов (и примыкающего мелководного шельфа) характеризуется большой мощностью, достигающей 75-80 км в молодых горных сооружениях и 35-45 км в пределах платформ.

Сложена магматическими, осадочными и метаморфическими породами, образующими три слоя (рис. 5.1). Самый верхний осадочный слой, представленный осадочными породами, имеет мощность от 0 до 5 (10) км и отличается прерывистым распространением. Он отсутствует на наиболее поднятых участках древних кратонов - выступах и щитах.

В некоторых, наиболее прогнутых структурах земной коры - впадинах и синеклизах - мощность осадочного слоя достигает 15-20 км. Значения плотности пород здесь небольшие, а скорость распространения продольных сейсмических волн составляет (V) 2-5 км/с.

Ниже залегает гранитный (теперь его называют гранито-гнейсовым) слой, сложенный в основном гранитами, гнейсами и другими метаморфическими породами разных фаций метаморфизма.

Наиболее полные разрезы этого слоя представлены на кристаллических щитах древних кратонов. Значения плотности пород здесь измеряются в пределах 2,5-2,7 г/см3, а скорость распространения продольных сейсмических волн (К) до 5-6,5 км/с. Его средняя мощность составляет 15-20 км, а иногда достигает 25 км.

Третий, нижний, слой называют базальтовым .

По среднему химическому составу и скорости распространения сейсмических волн этот слой близок к базальтам. Правда, существует предположение, что сложен слой основными породами типа габбро и метаморфическими разновидностями пород амфиболитовой и гранулитовой фаций.

He исключается присутствие и ультраосновных пород гранат-пироксенового состава - эклогитов. Поэтому правильнее было бы его называть гранулито-базитовым . Мощность слоя меняется в пределах 15-20-35 км, скорость распространения продольных сейсмических волн увеличивается (К) до 6,5-6,7-7,4 км/с.

Граница между гранито-гнейсовым и гранулито-базитовым слоями называется сейсмическим разделом Конрада, которая выделяется по скачку волн V с 6,5 до 7,4 км/с у подошвы третьего слоя.

В последние годы данные глубинного сейсмозондирования показали, что граница Конрада существует не везде.

В.В. Белоусовым и Н.И. Павленковой была предложена новая четырехслойная модель земной коры (рис. 5.2). В этой модели выделяются верхний осадочный слой с четкой скоростной границей - K0.

Ниже расположены три слоя консолидированной коры: верхний, промежуточный и нижний, разделенные границами K1 и K2. Граница K1 устанавливается на глубине 10-15 км, над ней находятся породы со скоростями V = 5,9-6,3 км/с. Граница K2 проходит на глубине порядка 30 км и породы между K1 и K2 характеризуются Vр = 6,4-6,5 км/с. В нижнем слое V достигают 6,8-7,0 км/с.

Вещественный состав нижнего слоя представлен породами гранулитовой фации метаморфизма и основными, и ультраосновными магматическими породами.

Средний и верхний слои считаются сложенными магматическими и метаморфическими породами кислого состава.

Таким образом, предложенная трехслойная модель консолидированной части континентальной коры основывается лишь на сейсмических данных, а петрографический состав фактически соответствует двухслойной модели: гранулито-гнейсовому и гранулито-базитовому слоям.

Океаническая кора. Раньше считалось, что океаническая кора состоит из двух слоев: верхнего осадочного и нижнего базальтового.

Многолетние исследования океанического дна путем бурения, драгирования и сейсмических работ установили, что океаническая кора имеет трехслойное строение при средней мощности 5-7 км.

1. Осадочный , верхний, слой состоит из рыхлых осадков разного состава и мощности, варьирующей в очень широком диапазоне, от нескольких сотен метров до 6-7 км.

Максимальной мощности осадочный слой достигает в океанических желобах (6,5 км на юго-западе Японии) или в подводных конусах выноса (например, Бенгальский конус на продолжении рек Ганга и Брахмапутры, Амазонский, Миссисипский, где мощность осадков достигает 3-5 км).

Скорость распространения Vр = 1,0-2,5 км/с.

2. Второй слой, расположенный ниже, сложен преимущественно базальтовыми лавами подушечного и покровного типов. Соотношение различных типов лав на дне кальдеры горы Осевой (хребет Хуан де Фука) были детально закартированы в одной из экспедиций НИС «Мстислав Келдыш» в 1985 г. (рис. 5.3).

3. Третий, нижний, слой, по данным драгирования и глубоководного бурения, сложен основными магматическими породами типа габбро и ультраосновными (перидотитами, пироксенитами).

Разрез океанической коры, вскрытый во впадине Хесса в Галапагосском рифте Тихого океана, опробован драгированием и исследован с французского спускаемого аппарата «Наутилус» (рис. 5.4).

Строение континентальной земной коры

В основании разреза залегают габбро с K = 6,8 км/с, которые выше сменяются долеритами мощностью до 1 км и F = 5,5 км/с, а заканчивается разрез подушечными и покровными лавами толеитовых базальтов мощностью около 1 км.

В основании разреза находятся перидотиты. Слоистое строение океанической коры прослеживается на большие расстояния, что подтверждается данными многоканального сейсмического профилирования.


Результатами геофизических исследований последних десятилетий явилось выделение еще двух, промежуточных (переходных) типов земной коры: субконтинентального и субокеанического.

Субконтинентальный тип земной коры по своему строению близок континентальной коре, имеет меньшую мощность 20-30 км и нечетко выраженную границу Конрада.

Характерен для островных дуг и окраин материков.

Субокеанический тип земной коры выделяется в глубоководных котловинах окраинных и внутренних морей (Охотское, Японское, Средиземное, Черное и др.). Этот тип от океанической коры отличается повышенными мощностями осадочного слоя (4-10 км и более), а его общая мощность составляет 10-20, местами 25-30 км.

Земная кора (литосфера) - верхняя оболочка Земли. Выделяется два типа земной коры: океаническая и континентальная (материковая ). Совпадение их границ с береговой линией мирового океана наблюдается на большей части протяжения последней, но имеются и значительные площади, где они расходятся. При этом существенно преобладают площади континентов, располагающихся ниже уровня моря .

В составе коры принято выделять три слоя - верхний осадочный , средний гранитный и нижний базальтовый (рис. 1.9).

Рис. 1.9.

Выделение слоев основано на данных геофизики по скорости прохождения сейсмических волн. Осадочный и гранитный слои распространены не повсеместно, базальтовый имеется везде. Названия двух нижних слоев не следует понимать буквально. Там находятся породы со скоростями прохождения сейсмических волн, соответствующих гранитам и базальтам. В действительности же могут оказаться и другие породы, сходные или не сходные с ними.

Разделение гранитного и базальтового слоев при бурении скважин во многих случаях не подтвердилось. Заложенные в гранитах скважины вместо границы гранит-базальт вскрывали граниты, гнейсы или еще какие-либо породы. Базальты многократно были вскрыты только там, где гранитный слой вообще отсутствовал. В результате встал вопрос о правомерности выделения гранитного слоя, и этот вопрос остается открытым, но от трехслойной схемы строения земной коры геологи не отказываются.

Два типа земной коры - океаническая кора и континентальная кора выделяются на основе геофизических данных. Океаническая кора тоньше и составляет 5-15 км (в среднем 10 км), в ней отсутствует гранитный слой. Континентальная кора мощнее - 30-40 км (изредка до 80 км). Связь двух типов коры с наличием суши и океанов в одних местах четкая, в других - нет. Более мощная континентальная кора больше погружена в мантию и больше приподнята вверх, выступая над уровнем моря.

Материковая кора менее плотная и как бы плавает по поверхности мантии, сохраняясь миллиарды лет. Океаническая кора более плотная, ее участки втянуты в конвективное движение вещества мантии, т.е. в одних местах они погружаются в мантию и расплавляются там. В других местах происходят подъем мантийного вещества на поверхность, его затвердевание и прирост новой океанической коры (рис. 1.10).

Поэтому в океанах (на океанической коре) не встречаются осадки, имеющие возраст старше 250 млн лет.

Рис. 1.10.

Из рисунка видно, что в месте подъема толщина океанической коры минимальна, в месте погружения - максимальна. Континентальная кора в конвекции не участвует.

Участки континентов, опущенные ниже уровня океана, называются шельфом. Глубина моря в пределах шельфа обычно не превышает 200 м. В настоящее время, например, к шельфу относятся север Атлантического и значительная часть Северного Ледовитого океана (дно Северного, Балтийского, Белого, Карского, Восточно- Сибирского морей, моря Лаптевых, Восточно-Китайского моря), полоса Атлантического океана близ южного побережья Аргентины, пространство между Австралией и Индокитаем, обширные площади вокруг Новой Зеландии и Антарктиды.

В геологическом прошлом шельфовые морские условия регулярно возникали на континентах то в одном, то в другом месте. На это указывает наличие осадочного слоя - чехла морских пород, широко распространенных на континентах. Например, на территории Москвы мощность чехла составляет около 1,5 км.

Считается, что в геологическом прошлом суша и море здесь регулярно сменяли друг друга, причем суша существовала примерно

2/3, а море 1/3 времени, континентальный тип коры сохранялся (рис. 1.11).

Рис. 1.11.

Участков океанической коры, поднимающихся выше уровня моря и образующих сушу, мало - остров Исландия и немного мелких островов в Тихом океане. По современным представлениям главными структурами земной коры являются так называемые литосферные плиты - участки земной коры, совершающие самостоятельные горизонтальные перемещения. Современное расположение литосферных плит показано на рис. 1.12.

Рис. 1.12.

7 - Евроазиатская (/, а - Китайская; 1,6 - Иранская; 1, в - Турецкая; 1,г - Эллинская; 1, д - Адриатическая); 2 - Африканская (2, а - Аравийская); 3 - Индо- Австралийская (3, а - Фиджи; 3,6 - Соломонова); 4 - Тихоокеанская (4, а - Наска; 4,6 - Кокос; 4, в - Карибская; 4, г - Горда; 4, д - Филиппинская; 4, е - Бисмарк); 5 - Американская (5, а - Североамериканская; 5, б - Южноамериканская);

б - Антарктическая

Скорость перемещения литосферных плит - до нескольких сантиметров в год, суммарные перемещения в геологическом времени - многие тысячи километров по горизонтали. Литосферная плита может состоять либо только из куска континентальной или океанической коры, либо из объединенного участка той и другой коры. Во многих местах контакта литосферных плит наблюдается повышенная тектоническая, вулканическая и прочая активность.

Контрольные вопросы и задания

• 1. Расскажите о происхождении Вселенной и Земли.
• 2. Опишите строение Солнечной системы.
• 3. На основе каких методов складываются представления о строении Земли?
• 4. Что такое геофизические методы изучения глубинного строения Земли?
• 5. Каковы форма, размеры, плотность, химический состав Земли?
• 6. Каково строение Земли по геофизическим данным?
• 7. Назовите основные типы земной коры. Что такое шельф?
• 8. Что такое осадочный, гранитный и базальтовые слои?

Различают 2 основных вида земной коры: континентальный и океанический и 2 переходных типа – субконтинентальный и субокеанический (см.рис.).

1- осадочные породы;

2- вулканические породы;

3- гранитный слой;

4- базальтовый слой;

5- граница Мохоровичича;

6- верхняя мантия.

Континентальный тип земной коры имеет мощность от 35 до 75 км., в области шельфа – 20 – 25 км., а на материковом склоне выклинивается. Выделяют 3 слоя континентальной коры:

1 – ый – верхний, сложенный осадочными горными породами мощностью от 0 до 10 км. на платформах и 15 – 20 км. в тектонических прогибах горных сооружений.

2 – ой – средний «гранитно – гнейсовый» или «гранитный» - 50 % граниты и 40 % гнейсы и др. метаморфизированные породы. Его средняя мощность – 15 – 20 км. (в горных сооружениях до 20 – 25 км.).

3 – ий – нижний, «базальтовый» или «гранитно - базальтовый», по составу близок к базальту. Мощность от 15 – 20 до 35 км. Граница между «гранитовым» и «базальтовым» слоями – раздел Конрада.

По современным данным океанический тип земной коры также имеет трехслойное строение мощностью от 5 до 9 (12) км., чаще 6 –7 км.

1 – ый слой – верхний, осадочный, состоит из рыхлых осадков. Его мощность – от нескольких сот метров до 1 км.

2 – ой слой – базальты с прослоями карбонатных и кремниевых пород. Мощность от 1 – 1,5 до 2,5 – 3 км.

3 – ий слой – нижний, бурением не вскрыт. Сложен основными магматическими породами типа габрро с подчиненными, ультраосновными породами (серпентинитами, пироксенитами).

Субконтинентальный тип земной поверхности по строению аналогичен континентальному, но не имеет четко выраженного раздела Конрада. Этот тип коры связан обычно с островными дугами – Курильскими, Алеутскими и окраинами материков.

1 – ый слой – верхний, осадочно – вулканогенный, мощность – 0,5 – 5 км. (в среднем 2 – 3 км.).

2 – ой слой – островодужный, «гранитный», мощность 5 – 10 км.

3 – ий слой – «базальтовый», на глубинах 8 – 15 км., мощностью от 14 – 18 до 20 – 40 км.

Субокеанический тип земной коры приурочен к котловинным частям окраинных и внутриконтинентальных морей (Охотское, Японское, Средиземное, Черное и др.). По строению близок к океаническому, но отличается повышенной мощностью осадочного слоя.

1 – ый верхний – 4 – 10 и более км., располагается непосредственно на третьем океаническом слое мощностью 5 – 10 км.

Суммарная мощность земной коры – 10 – 20 км., местами до 25 – 30 км. за счет увеличения осадочного слоя.

Своеобразное строение земной коры отмечается в центральных рифтовых зонах срединно – океанических хребтов (срединно – атлантический). Здесь, под вторым океаническим слоем располагается линза (или выступ) низкоскоростного вещества (V = 7,4 – 7,8 км / с). Предполагают, что это либо выступ аномально разогретой мантии, или смесь корового и мантийного вещества.

Структура земной коры

На поверхности Земли, на материках в разных местах обнаруживаются горные породы разного возраста.

Некоторые районы материков сложены на поверхности наиболее древними породами архейского (AR) и протерозойского возраста (PT). Они очень метаморфизованы: глины превратились в метаморфические сланцы, песчаники - в кристаллические кварциты, известняки - в мраморы. Среди них много гранитов. Площади, на поверхность которых выходят эти наиболее древние породы, называются кристаллическими массивами или щитами (Балтийский, Канадский, Африканский, Бразильский и т. д.).

Другие области на материках заняты породами преимущественно более молодого - палеозойского, мезозойского, кайнозойского (Pz, Mz, Kz) возраста. Это, в основном, осадочные породы, хотя среди них встречаются и породы магматического происхождения, излившиеся на поверхность в виде вулканической лавы или внедрившиеся и застывшие на некоторой глубине. Существуют две категории площадей суши: 1) платформы - равнины: пласты осадочных пород залегают спокойно, почти горизонтально, в них наблюдаются редкие и небольшие складки. В таких породах очень мало магматических, особенно интрузивных, пород; 2) складчатые зоны (геосинклинали) - горы: осадочные породы сильно смяты в складки, пронизаны глубокими трещинами; часто встречаются внедрившиеся или излившиеся на поверхность магматические породы. Различия между платформами или складчатыми зонами заключаются в возрасте лежащих спокойно или смятых в складки пород. Поэтому платформы бывают древние и молодые. Говоря, что платформы могли образоваться в разное время, мы тем самым указываем на разный возраст складчатых зон.

Карты, изображающие расположение платформ и складчатых зон разного возраста и некоторые другие особенности строения земной коры называются тектоническими. Они служат дополнением геологических карт, представляющих наиболее объективные геологические документы, освещающие строение земной коры.

Типы земной коры

Толщина земной коры не одинакова под материками и океанами. Она больше под горами и равнинами, тоньше под океаническими островами и океанами. Поэтому выделяют два основных типа земной коры - материковый (континентальный) и океанический.

Средняя толщина материковой коры составляет 42 км. Но в горах она увеличивается до 50-60 и даже до 70 км. Тогда говорят о "корнях гор". Средняя толщина океанической коры - около 11 км.

Таким образом, материки представляют как бы излишние нагромождения масс. Но эти массы должны были бы создавать более сильное притяжение, а в океанах, где притягивающим телом является более лёгкая вода, сила тяжести должна была бы ослабевать. Но на самом деле таких различий нет. Сила тяжести всюду на материках и океанах приблизительно одинакова. Отсюда получается вывод: материковые и океанические массы уравновешены. Они подчиняются закону изостазии (равновесия), который читается так: дополнительным массам на поверхности материков соответствует недостаток масс на глубине, и наоборот - недостатку масс на поверхности океанов должны соответствовать какие-то тяжёлые массы на глубине.

В строении земной коры участвуют все описанные типы горных пород - магматические, осадочные и метаморфические, залегающие выше границы Мохо. Как в пределах континентов, так и в пределах океанов выделяются подвижные пояса и относительно устойчивые площади земной коры. На континентах к устойчивым площадям относятся обширные равнинные пространства - платформы (Восточно-Европейская, Сибирская), в пределах которых располагаются наиболее устойчивые участки - щиты (Балтийский, Украинский), представляющие собой выходы древних кристаллических горных пород. К подвижным поясам относятся молодые горные сооружения, такие, как Альпы, Кавказ, Гималаи, Анды и другие (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1. Обобщенный профиль дна океана (по О. К. Леонтьеву)

Материковые структуры не ограничиваются только континентами, в ряде случаев они протягиваются в океан, образуя так называемую подводную окраину материков, состоящую из шельфа, глубиной до 200 м, континентального склона с подножьем до глубин 2500 -3000 м. В пределах океанов также выделяются стабильные области - океанские платформы - значительные площади ложа океана - обширные абиссальные (греч. "абиссос" - бездна) равнины глубиной 4 -6 км, и подвижные пояса, к которым относятся срединно-океанские хребты и активные окраины Тихого океана с развитыми окраинными морями (Охотское, Японское и др.), островными дугами (Курильские, Японские и др.) и глубоководными желобами (глубиной 8-10 км и более).

На первых этапах геофизических исследований выделялись два основных типа земной коры: 1) континентальный и 2) океанский, резко отличающиеся друг от друга строением и мощностью слагающих пород. В последующем стали выделять два переходных типа: 1) субконтинентальный и 2) субокеанский (рисунок 3.2).

Условные обозначения:

1 - вода; 2 - осадочный слой; 3 - гранитный слой; 4 - базальтовый слой континентальной коры; 5 - базальтовый слой океанической коры; 6 - магматический слой океанической коры; 7 - вулканические острова; 8,9 - мантия (ультраосновные магматические породы).

Рисунок 3.2 - Схема строения различных типов земной коры

Континентальный тип земной коры

Континентальный тип земной коры. Мощность континентальной земной коры изменяется от 35-40 (45) км в пределах платформ до 55-70 (75) км в молодых горных сооружениях. Континентальная кора продолжается и в подводные окраины материков. В области шельфа ее мощность уменьшается до 20-25 км, а на материковом склоне (на глубине около 2,0-2,5 км) выклинивается. Континентальная кора состоит из трех слоев. Первый - самый верхний слой представлен осадочными горными породами, мощностью от 0 до 5 (10) км в пределах платформ, до 15-20 км в тектонических прогибах горных сооружений. Скорость продольных сейсмических волн (Vp) меньше 5 км/с. Второй - традиционно называемый "гранитный" слой на 50% сложен гранитами, на 40% - гнейсами и другими в разной степени метаморфизованными породами. Исходя из этих данных, его часто называют гранитогнейсовым или гранитометаморфическим. Его средняя мощность составляет 15-20 км (иногда в горных сооружениях до 20 - 25 км). Скорость сейсмических волн (Vp) - 5,5-6,0 (6,4) км/с. Третий, нижний слой называется "базальтовым". По среднему химическому составу и скорости сейсмических волн этот слой близок к базальтам.

Однако высказывается предположение, что он сложен основными интрузивными породами типа габбро, а также метаморфическими породами амфиболитовой и гранулитовой фаций метаморфизма, не исключается наличие и ультраосновных пород. Правильнее называть этот слой гранулито-базитовым (базит - основная порода). Его мощность изменяется от 15-20 до 35 км. Скорость распространения волн (Vp) 6,5-6,7 (7,4) км/с. Граница между гранитометаморфическим и гранулито-базитовым слоями получила название сейсмического раздела Конрада. Долгое время господствовало представление о том, что граница Конрада существует в континентальной коре повсеместно. Однако последующие данные глубинного сейсмозондирования показали, что поверхность Конрада далеко не всюду выражена, а фиксируется лишь в отдельных местах. Естественно возникают новые интерпретации строения континентальной земной коры. Так, Н. И. Павленковой и другими предложена четырехслойная модель (рис. 3.3). В этой модели выделяется верхний осадочный слой с четкой скоростной границей, обозначенной Ко. Ниже расположенные части земной коры объединены в понятие кристаллический фундамент, или консолидированная кора, внутри которой выделяются три слоя: верхний, промежуточный и нижний, разделенные границами К1 и К2. Отмечается достаточная устойчивость границы К2 - между промежуточным и нижним этажами. Верхний этаж характеризуется вертикально-слоистой структурой и дифференцированностью отдельных блоков по составу и физическим параметрам. Для промежуточного этажа отмечается тонкая горизонтальная расслоенность и наличие отдельных пластин с пониженной скоростью сейсмических волн (Vp) - 6 км/с (при общей скорости в слое 6,4-6,7 км/с) и аномальной плотностью.

На основании этого делается вывод, что промежуточный слой может быть отнесен к ослабленному слою, по которому возможны горизонтальные подвижки вещества. В настоящее время и другие исследователи обращают внимание на наличие отдельных линз в континентальной коре с относительно (на 0,1-0,2 км/с) пониженными скоростями сейсмических волн на глубинах 10-20 км, при мощности линз 5-10 км. Предполагают, что эти зоны (или линзы) связаны с сильной трещиноватостью и обводненностью пород.

Данные С. Р. Тейлора указывают также, что в пределах континентальной коры нет единого слоя с пониженной скоростью, а отмечается прерывистая расслоенность. Все сказанное свидетельствует о большой сложности континентальной земной коры и неоднозначности его интерпретации. Достаточно убедительным доказательством этого являются данные, полученные при бурении сверхглубокой Кольской скважины, достигшей уже глубины свыше 12 км. По предварительным сейсмическим данным, в районе заложения скважины граница между "гранитным" и "базальтовым" слоями должна бы быть встречена на глубине около 7 км. В действительности никакого геофизического "базальтового" слоя не оказалось. На этой глубине под мощной метаморфизованной вулканогенно-осадочной толщей протерозойского возраста были вскрыты плагиоклазовые гнейсы, гранито-гнейсы, амфиболиты - породы среднетемпературной стадии метаморфизма, процентное содержание которых увеличивается с глубиной. Что же послужило причиной изменения скорости сейсмических волн (от 6,1 до 6,5-6,6 км/с) на глубине около 7 км, где предполагалось наличие геофизического "базальтового" слоя? Возможно, что это связано с амфиболитами и их ролью в изменении упругих свойств пород. Возможно также, что указанная ранее (до бурения скважины) граница связана не с изменением состава пород, а с увеличением поля напряжения, обусловленного интенсивными деформациями и неоднократными проявлениями метаморфизма.

– ограничена поверхностью суши или дном Мирового океана. Имеет она и геофизическую границу, которой является раздел Мохо . Граница характеризуется тем, что здесь резко нарастают скорости сейсмических волн. Установил её в $1909$ г. хорватский ученый А. Мохоровичич ($1857$-$1936$).

Земную кору слагают осадочные, магматические и метаморфические горные породы, а по составу в ней выделяется три слоя . Горные породы осадочного происхождения, разрушенный материал которых переотложился в нижние слои и образовал осадочный слой земной коры, покрывает всю поверхность планеты. В некоторых местах он очень тонкий и, возможно, прерывается. В других местах он достигает мощности нескольких километров. Осадочными являются глина, известняк, мел, песчаник и др. Образуются они путем осаждения веществ в воде и на суше, лежат обычно пластами. По осадочным породам можно узнать о существовавших на планете природных условиях, поэтому геологи их называют страницами истории Земли . Осадочные породы подразделяются на органогенные , которые образуются путем накопления останков животных и растений и неорганогенные , которые в свою очередь подразделяются на обломочные и хемогенные .

Обломочные породы являются продуктом выветривания, а хемогенные – результат осаждения веществ, растворенных в воде морей и озер.

Магматические породы слагают гранитный слой земной коры. Образовались эти породы в результате застывания расплавленной магмы. На континентах мощность этого слоя $15$-$20$ км, он совсем отсутствует или очень сильно сокращается под океанами.

Магматическое вещество, но бедное кремнеземом слагает базальтовый слой, имеющий большой удельный вес. Слой этот хорошо развит в основании земной коры всех областей планеты.

Вертикальная структура и мощность земной коры различны, поэтому выделяют несколько её типов. По простой классификации существует океаническая и материковая земная кора.

Материковая земная кора

Материковая или континентальная кора отличается от океанической коры толщиной и устройством . Континентальная кора расположена под материками, но её край не совпадает с береговой линией. С точки зрения геологии настоящим материком является вся площадь сплошной материковой коры. Тогда получается, что геологические материки больше географических материков. Прибрежные зоны материков, называемые шельфом – это есть временно залитые морем части материков. Такие моря как Белое, Восточно-Сибирское, Азовское – расположены на материковом шельфе.

В континентальной земной коре выделяются три слоя :

• Верхний слой – осадочный;
• Средний слой – гранитный;
• Нижний слой – базальтовый.

Под молодыми горами такой тип коры имеет толщину$ 75$ км, под равнинами – до $45$ км, а под островными дугами – до $25$ км. Верхний осадочный слой материковой коры формируется глинистыми отложениями и карбонатами мелководных морских бассейнов и грубообломочными фациями в краевых прогибах, а также на пассивных окраинах континентов атлантического типа.

Вторгшаяся в трещины земной коры магма сформировала гранитный слой в составе которого есть кремнезем, алюминий и другие минералы. Толщина гранитного слоя может доходить до $25$ км. Слой этот очень древний и имеет солидный возраст – $3$ млрд. лет. Между гранитным и базальтовым слоем, на глубине до $20$ км, прослеживается граница Конрада . Она характеризуется тем, что скорость распространения продольных сейсмических волн здесь увеличивается, на $0,5$ км/сек.

Формирование базальтового слоя произошло в результате излияния на поверхность суши базальтовых лав в зонах внутриплитного магматизма. Базальты содержат больше железа, магния и кальция, поэтому они тяжелее гранита. В пределах этого слоя скорость распространения продольных сейсмических волн от $6,5$-$7,3$ км/сек. Там, где граница становится размытой, скорость продольных сейсмических волн растет постепенно.

Замечание 2

Общая масса земной коры от массы всей планеты составляет всего $0,473$ %.

Одну из первых задач, связанную с определением состава верхней континентальной коры, взялась решать молодая наука геохимия . Так как кора состоит из множества самых разнообразных пород, эта задача была весьма сложной. Даже в одном геологическом теле состав пород может сильно варьироваться, а в разных районах могут быть распространены разные типы пород. Исходя из этого, задача заключалась в определении общего, среднего состава той части земной коры, которая на континентах выходит на поверхность. Эту первую оценку состава верхней земной коры сделал Кларк . Он работал сотрудником геологической службы США и занимался химическим анализом горных пород. В ходе многолетних аналитических работ, ему удалось обобщить результаты и рассчитать средний состав пород, который был близок к граниту . Работа Кларка подверглась жесткой критике и имела противников.

Вторую попытку по определению среднего состава земной коры предпринял В. Гольдшмидт . Он предположил, что двигающийся по континентальной коре ледник , может соскребать и смешивать выходящие на поверхность породы, которые в ходе ледниковой эрозии будут отлагаться. Они то и будут отражать состав средней континентальной коры. Проанализировав состав ленточных глин, которые во время последнего оледенения отлагались в Балтийском море , он получил результат, близкий к результату Кларка. Разные методы дали одинаковые оценки. Геохимические методы подтверждались. Этими вопросами занимались, и широкое признание получили оценки Виноградова, Ярошевского, Ронова и др .

Океаническая земная кора

Океаническая кора расположена там, где глубина моря больше $ 4$ км, а это значит, что она занимает не все пространство океанов. Остальная площадь покрыта корой промежуточного типа. Кора океанического типа устроена не так, как континентальная кора, хотя тоже разделяется на слои. В ней практически совсем отсутствует гранитный слой , а осадочный очень тонкий и имеет мощность менее $1$ км. Второй слой пока еще неизвестен , поэтому его называют просто вторым слоем . Нижний, третий слой – базальтовый . Базальтовые слои континентальной и океанической коры похожи скоростями сейсмических волн. Базальтовый слой в океанической коре преобладает. Как говорит теория тектоники плит, океаническая кора постоянно формируется в срединно-океанических хребтах, потом она от них отходит и в областях субдукции поглощается в мантию. Это свидетельствует о том, что океаническая кора является относительно молодой . Наибольшее количество зон субдукции характерно для Тихого океана , где с ними связаны мощные моретрясения.

Определение 1

Субдукция – это опускание горной породы с края одной тектонической плиты в полурасплавленную астеносферу

В том случае, когда верхней плитой является континентальная плита, а нижней – океаническая – образуются океанические желоба .
Её толщина в разных географических зонах варьируется от $5$-$7$ км. С течением времени толщина океанической коры практически не изменяется. Связано это с количеством расплава, выделяющегося из мантии в срединно-океанических хребтах и толщиной осадочного слоя на дне океанов и морей.

Осадочный слой океанической коры небольшой и редко превышает толщину в $0,5$ км. Состоит он из песка, отложений останков животных и осажденных минералов. Карбонатные породы нижней части на большой глубине не обнаруживаются, а на глубине больше $4,5$ км карбонатные породы замещаются красными глубоководными глинами и кремнистыми илами.

Базальтовые лавы толеитового состава сформировали в верхней части базальтовый слой , а ниже лежит дайковый комплекс .

Определение 2

Дайки – это каналы, по которым базальтовая лава изливается на поверхность

Базальтовый слой в зонах субдукции превращается в экголиты , которые погружаются в глубину, потому что имеют большую плотность окружающих мантийных пород. Их масса составляет около $7$ % от массы всей мантии Земли. В пределах базальтового слоя скорость продольных сейсмических волн составляет $6,5$-$7$ км/сек.

Средний возраст океанической коры составляет $100$ млн. лет, в то время как самые старые её участки имеют возраст $156$ млн. лет и располагаются во впадине Пиджафета в Тихом океане. Сосредоточена океаническая кора не только в пределах ложа Мирового океана, она может быть и в закрытых бассейнах, например, северная впадина Каспийского моря. Океаническая земная кора имеет общую площадь $306$ млн. км кв.