Положення, хімічний склад та термічний режим земної кори. Будова землі

Материки у свій час були сформовані з масивів земної кори, яка тією чи іншою мірою виступає над рівнем води у вигляді суші. Ці брили земної кори не один мільйон років розколювалися, зрушувалися, частини їх сминалися, щоб з'явитися у тому вигляді, яким відомий нам зараз.

Сьогодні ми розглянемо найбільшу та найменшу потужність земної кори та особливості її будови.

Трохи про нашу планету

На початку формування нашої планети тут діяли численні вулкани, відбувалися постійні сутички з кометами. Лише після того, як бомбардування припинилося, розпечена поверхня планети застигла.
Тобто вчені впевнені, що спочатку наша планета була безплідною пустелею без води та рослинності. Звідки на ній взялося стільки води – досі залишається загадкою. Але нещодавно під землею були виявлені великі запаси води, можливо, саме вони і стали основою наших океанів.

На жаль, всі гіпотези про походження нашої планети та її склад є скоріше припущеннями, ніж фактами. Відповідно до твердженням А. Вегенера, спочатку Землю покривав тонкий шар граніту, який у палеозойську епоху перетворився на праматерик Пангею. У мезозойську епоху Пангея почала розколюватися на частини, материки, що утворилися, поступово відпливали один від одного. Тихий океан, стверджує Вегенер, - це залишок первинного океану, а Атлантичний та Індійський розглядаються як вторинні.

Земна кора

Склад земної кори практично аналогічний складу планет нашої Сонячної системи - Венери, Марса та інших. Адже основою всім планет Сонячної системи послужили одні й самі речовини. А з недавніх пір вчені впевнені, що зіткнення Землі з ще однією планетою, названою Теєю, викликало злиття двох небесних тіл, а від осколка, що відколовся, утворився Місяць. Це пояснює те, що мінеральний склад Місяця схожий із складом нашої планети. Нижче ми розглянемо будову земної кори - карту її верств на суші та океані.

Кора становить лише 1% від маси Землі. Переважно вона складається з кремнію, заліза, алюмінію, кисню, водню, магнію, кальцію та натрію та ще 78 елементів. Передбачається, що в порівнянні з мантією та ядром кора Землі - оболонка тонка і тендітна, що складається переважно з легких речовин. Тяжкі ж речовини, як вважають геологи, спускаються до центру планети, а найважчі зосереджені в ядрі.

Будова земної кори та карта його шарів представлені на малюнку нижче.

Материкова земна кора

Кора Землі має 3 шари, кожен із яких нерівними пластами покриває попередній. Більшість її поверхні - це континентальні і океанічні рівнини. Континенти також оточує шельф, який після уривчастого вигину перетворюється на континентальний схил (область підводної околиці материка).
Земна материкова кора поділяється на шари:

1. Осадовий.
2. Гранітний.
3. Базальтовий.

Осадовий шар покривають осадові, метаморфічні та магматичні гірські породи. Потужність материкової земної кори становить найменший відсоток.

Типи материкової земної кори

Осадові гірські породи є скупчення, серед яких знаходяться глина, карбонат, вулканогенні гірські породи та інші тверді речовини. Це своєрідний осад, який сформувався внаслідок тих чи інших природних умов, які раніше існували на Землі. Він дозволяє дослідникам робити висновки щодо історії нашої планети.

Гранітний шар складається з магматичних і метаморфічних гірських порід, подібних до граніту за своїми властивостями. Тобто не тільки граніт складає другий шар земної кори, але ці речовини за складом дуже з ним схожі і мають приблизно аналогічну міцність. Швидкість його поздовжніх хвиль сягає 5,5-6,5 км/с. Складається він із гранітів, кристалічних сланців, гнейсів тощо.

Базальтовий шар складається з речовин, складом схожих з базальтами. Є більш щільним проти гранітним шаром. Під базальтовим шаром протікає тягуча мантія із твердих речовин. Умовно мантію від кори відокремлює так звана межа Мохоровичіча, яка по суті поділяє шари різного хімічного складу. Характеризується різким наростанням швидкості сейсмічних хвиль.
Тобто відносно тонкий шар земної кори є тендітною перешкодою, що відокремлює нас від розпеченої мантії. Товщина самої мантії складає в середньому 3000 км. Разом з мантією рухаються тектонічні плити, які, як частина літосфери, є ділянкою земної кори.

Нижче розглянемо потужність материкової земної кори. Складає вона до 35 км.

Потужність материкової кори

Товщина земної кори варіюється від 30 до 70 км. І якщо під рівнинами шар її становить лише 30-40 км, то під гірськими системами сягає 70 км. Під Гімалаями товщина шару сягає 75 км.

Потужність материкової земної кори становить від 5 до 80 км і залежить від її віку. Так, холодні стародавні платформи (Східно-Європейська, Сибірська, Західно-Сибірська) мають досить високу потужність – 40-45 км.

При цьому кожен із шарів має свою потужність та товщину, яка в різних областях материка може змінюватися.

Потужність материкової земної кори становить:

1. Осадовий шар – 10-15 км.

2. Гранітний шар – 5-15 км.

3. Базальтовий шар – 10-35 км.

Температура кори Землі

Температура підвищується в міру заглиблення до неї. Вважається, що температура ядра становить до 5 000 С, проте ці цифри залишаються умовними, оскільки вид і склад досі не зрозумілий вченим. У міру заглиблення в земну кору температура її підвищується кожні 100 м, проте її цифри змінюються в залежності від складу елементів та глибини. Океанічна земна кора має вищу температуру.

Океанічна земна кора

Спочатку, за припущеннями вчених, Земля вкрилася саме океанічним шаром кори, який дещо відрізняється за товщиною та складом від материкового шару. ймовірно, виникла з верхнього диференційованого шару мантії, тобто за складом дуже близька до неї. Потужність земної кори океанічного типу в 5 разів менша, ніж потужність материкового типу. При цьому її склад у глибоких та неглибоких районах морів та океанів один від одного відрізняється неістотно.

Шари материкової кори

Потужність океанічної земної кори становлять:

1. Шар океанічної води, товщина якого становить 4 км.

2. Шар нещільних опадів. Потужність складає 0,7 км.

3. Шар, складений з базальтів з карбонатними та крем'янистими породами. Середня потужність – 1,7 км. Він не виділяється різко та характеризується ущільненням осадового шару. Цей варіант його будови називають субокеанічним.

4. Базальтовий шар, який відрізняється від континентальної кори. Потужність океанічної земної кори становить цьому шарі 4,2 ​​км.

Базальтовий шар океанічної кори в зонах субдукції (зона, в яких один шар кори поглинає інший) перетворюється на еклогіти. Їх щільність настільки висока, що вони поринають углиб кори на глибину понад 600 км, а потім опускаються в нижню мантію.

Враховуючи, що найменша потужність земної кори спостерігається під океанами і становить лише 5-10 км, вчені давно виношують ідею розпочати буріння кори на глибині океанів, що дозволило б докладніше вивчити внутрішню будову Землі. Однак шар океанічної земної кори дуже міцний, а дослідження на глибині океану роблять це ще складнішим.

Висновок

Земна кора, мабуть, єдиний прошарок, докладно вивчений людством. А ось те, що знаходиться під нею, досі турбує геологів. Залишається лише сподіватися, що одного разу незвідані глибини нашої Землі будуть вивчені.

Земля розташована досить близько до Сонця, щоб одержуваної енергії вистачало на підтримку тепла та існування води у рідкому вигляді. В основному, завдяки цьому наша планета придатна для життя.

Як пам'ятаємо з уроків географії, Земля складається з різних верств. Чим далі до центру планети, тим ситуація все більше розжарюється. На щастя для нас, на корі, верхньому геологічному шарі, температура відносно стабільна і комфортна. Однак її значення можуть сильно змінюватись в залежності від місця та часу.

Структура Землі

Як і інші планети земної групи, наша планета складається з силікатних порід та металів, які диференціюються між твердим металевим ядром, розплавленим зовнішнім ядром, силікатною мантією та корою. Внутрішнє ядро ​​має приблизний радіус 1220 км, а зовнішнє близько 3400 км.

Потім слідують мантія та земна кора. Товщина мантії складає 2890 км. Це найтовстіший шар Землі. Вона складається з силікатних порід, багатих на залізо і магній. Високі температури всередині мантії роблять твердий силікатний матеріал пластичним.

Верхній шар мантії поділено на літосферу та астеносферу. Перша складається з кори і холодної жорсткої верхньої частини мантії, в той час як астеносфера має деяку пластичність, через що літосфера, що її покриває, нестійка і рухлива.

Земна кора

Кора є зовнішньою оболонкою Землі та становить лише 1 % від її загальної маси. Товщина кори змінюється в залежності від місця. На континентах вона може сягати 30 км, а під океанами — лише 5 км.

Оболонка складається з безлічі магматичних, метаморфічних та осадових порід та представлена ​​системою тектонічних плит. Ці плити плавають над мантією Землі, і, ймовірно, конвекція в мантії призводить до того, що вони перебувають у постійному русі.

Іноді тектонічні плити зіштовхуються, розходяться чи ковзають одне одного. Усі три типи тектонічної активності лежать в основі формування земної кори та призводять до періодичного оновлення її поверхні протягом мільйонів років.

Діапазон температури

На зовнішньому шарі кори, де вона стикається з атмосферою, її температура збігається із температурою повітря. Таким чином, вона може нагріватися до 35 ° C в пустелі і бути нижче нуля в Антарктиді. У середньому температура поверхні кори становить близько 14 °C.

Як бачимо, діапазон значень досить широкий. Але варто врахувати той факт, що більшість земної кори лежить під океанами. Вдалині від сонця, де вона зустрічається з водою, температура може становити лише 0...+3 °C.

Якщо ж почати копати яму в континентальній корі, температура буде помітно зростати. Наприклад, унизу найглибшої у світі шахти «Тау-Тона» (3,9 км) у Південній Африці вона сягає 55 °C. Шахтарям, які там працюють весь день, не обійтися без кондиціонера.

Таким чином, середня температура поверхні може варіюватися від виснажливої ​​спекотної до люто морозної залежно від місця розташування (на суші або під водою), пори року і доби.

І все ж земна кора залишається єдиним місцем у Сонячній системі, де температура досить стабільна, щоб життя на ній продовжувало процвітати. Додайте до цього нашу життєздатну атмосферу та захисну магнітосферу, і ви зрозумієте, що нам справді пощастило!

Земна кора в науковому розумінні є найвищою і твердою геологічною частиною оболонки нашої планети.

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

Хімічний склад Землі

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

Гірські породи за групами

1. Магматичні. Назва говорить сама за себе. Вони виникають з магми, що вистигла з жерла древніх вулканів. Будова цих порід залежить від швидкості застигання лави. Чим вона більша, тим менше кристали речовини. Граніт, наприклад, сформувався в товщі земної кори, а базальт з'явився внаслідок поступового виливання магми на її поверхню. Різноманітність таких порід досить велика. Розглядаючи будову земної кори, бачимо, що вона складається з магматичних мінералів на 60 %.

2. Осадові. Це породи, які стали результатом поступового відкладення на суші та 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 становлять до 75% усієї земної кори на материках.
За фізіологічним 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 водяних розчинів тих чи інших мінеральних речовин (солі).
• Органічні чи біогенні. Складаються з останків тварин чи рослин. Це горючі сланці, газ, нафта, вугілля, вапняк, фосфорити, крейда.

3. Метаморфічні породи. Вони можуть перетворюватися інші компоненти. Це відбувається під впливом температури, що змінюється, великого тиску, розчинів або газів. Наприклад, з вапняку можна отримати мармур, граніту - гнейс, з піску - кварцит.

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

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

Види корисних мінералів. Їхня класифікація

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

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

Характеристики окремих видів корисних копалин

За складом та особливостями застосування розрізняють:

1. Горючі (вугілля, нафту, газ).
2. Рудні. Вони включають радіоактивні (радій, уран) та шляхетні метали (срібло, золото, платина). Є руди чорних (залізо, марганець, хром) та кольорових металів (мідь, олово, цинк, алюміній).
3. Нерудні корисні копалини грають істотну роль такому понятті, як будова земної кори. Географія їх велика. Це неметалеві та негорючі гірські породи. Це будівельні матеріали (пісок, гравій, глина) та хімічні речовини (сірка, фосфати, калійні солі). Окремий розділ присвячений дорогоцінним та поділковим каменям.

Розподіл корисних копалин на планеті безпосередньо залежить від зовнішніх чинників і геологічних закономірностей.

Так, паливні корисні копалини в першу чергу видобувають у нафтогазоносних та вугільних басейнах. Вони мають осадове походження та формуються на осадових чохлах платформ. Нафта і вугілля дуже рідко залягають разом.

Рудні корисні копалини найчастіше відповідають фундаменту, виступам та складчастим областям платформних плит. У таких місцях вони можуть створювати величезні за протяжністю пояси.

Ядро

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

Мантія

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

Склад та будова земної кори

Щоб говорити про те, які елементи входять до складу літосфери, потрібно дати деякі поняття.

Земна кора - це зовнішня оболонка літосфери. Її щільність менша удвічі проти середньої щільністю планети.

Від мантії земна кора відділена кордоном М, яку вже говорилося вище. Так як процеси, що відбуваються на обох ділянках, взаємно впливають один на одного, їх симбіоз називається літосферою. Це означає "кам'яна оболонка". Її потужність коливається не більше 50-200 кілометрів.

Нижче літосфери розташована астеносфера, яка має менш щільну і в'язку консистенцію. Її температура становить близько 1200 градусів. Унікальною особливістю астеносфери є можливість порушувати свої межі та проникати у літосферу. Вона є джерелом вулканізму. Тут знаходяться розплавлені вогнища магми, що впроваджується у земну кору та виливається на поверхню. Вивчаючи ці процеси, вчені змогли зробити багато дивовижних відкриттів. Саме так вивчалася будова земної кори. Літосфера була сформована багато тисяч років тому, але зараз у ній відбуваються активні процеси.

Структурні елементи земної кори

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

Вивчаючи внутрішню будову земної кори, можна назвати різні мінерали.
Мінерал - порівняно однорідна речовина, яка може бути як усередині, так і на поверхні літосфери. Це кварц, гіпс, тальк тощо. Гірські породи складаються з одного або кількох мінералів.

Процеси, що формують земну кору

Будова океанічної земної кори

Ця частина літосфери переважно складається з базальтових порід. Будова океанічної земної кори вивчена не так досконало, як континентальна. Теорія тектонічних плит пояснює, що океанічна земна кора є відносно молодою, а її останні ділянки можна датувати пізньою юрою.
Її товщина практично не змінюється з часом, тому що вона визначається кількістю розплавів, що виділяються з мантії у зоні серединно-океанічних хребтів. На неї суттєво впливає глибина осадових шарів на дні океану. У найбільш об'ємних ділянках вона становить від 5 до 10 км. Цей вид земної оболонки відноситься до океанічної літосфери.

Континентальна кора

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

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

Глибина та зміна температури земної кори

Поверхневий шар прогрівається сонячним теплом. Це геліометрична оболонка. Вона зазнає сезонних коливань температури. Середня потужність шару становить близько 30 м-коду.

Нижче знаходиться шар, ще тонший і крихкий. Його температура постійна і приблизно дорівнює середньорічній, характерній цій галузі планети. Залежно від континентального клімату, глибина цього шару збільшується.
Ще глибше у земній корі знаходиться ще один рівень. Це геотермічний шар. Будова земної кори передбачає його наявність, яке температура визначається внутрішнім теплом Землі і з глибиною.

Підвищення температури відбувається за рахунок розпаду радіоактивних речовин, що входять до складу гірських порід. Насамперед це радій та уран.

Геометричний градієнт – величина наростання температури залежно 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 та умови їх залягання.

Тепло земної кори є важливим джерелом енергії. Його вивчення дуже актуальне на сьогоднішній день.

У порівнянні з мантією та ядром земна кора є дуже тонким, жорстким і крихким шаром. Вона складена легшою речовиною, у складі якої нині виявлено близько 90 природних хімічних елементів. Ці елементи не однаково представлені у земній корі. На сім елементів – кисень, алюміній, залізо, кальцій, натрій, калій та магній – припадає 98 % маси земної кори (див. рис. 5).

Своєрідні поєднання хімічних елементів утворюють різні гірські породи та мінерали. Вік найдавніших із них налічує не менше 4,5 млрд років.

Мал. 4. Будова земної кори

Мал. 5. Склад земної кори

Мінерал- це відносно однорідне за своїм складом та властивостями природне тіло, що утворюється як у глибинах, так і на поверхні літосфери. Прикладами мінералів є алмаз, кварц, гіпс, тальк та ін. (Характеристику фізичних властивостей різних мінералів ви знайдете в додатку 2.) Склад мінералів Землі наведено на рис. 6.

Мал. 6. Загальний мінеральний склад Землі

Гірські породискладаються з мінералів. Вони можуть складатися як із одного, так і з кількох мінералів.

Осадові гірські породи -глина, вапняк, крейда, піщаник та ін. - утворилися шляхом осадження речовин у водному середовищі та на суші. Вони лежать пластами. Геологи називають їх сторінками історії Землі, тому що ним можна дізнатися про природні умови, що існували на нашій планеті в давнину.

Серед осадових гірських порід виділяють органогенні та неорганогенні (уламкові та хемогенні).

Органогеннігірські породи утворюються внаслідок накопичення останків тварин та рослин.

Уламкові гірські породиутворюються в результаті вивітрювання, псрсотложснія за допомогою води, льоду або вітру продуктів руйнування гірських порід, що раніше виникли (табл. 1).

Таблиця 1. Уламкові гірські породи в залежності від розмірів уламків