Состоит из множества слоев, нагромождающихся друг на друга. Однако лучше всего нам известны земная кора и литосфера. Это не удивляет - ведь мы не только обитаем на них, но и черпаем из глубин большинство доступных нам природных ресурсов. Но еще верхние оболочки Земли сохраняют миллионы лет истории нашей планеты и всей Солнечной системы.
Эти два понятия так часто встречаются в прессе и литературе, что вошли повседневный словарь современного человека. Оба слова используются для обозначения поверхности Земли или другой планеты - однако между понятиями есть разница, базирующаяся на двух принципиальных подходах: химическом и механическом.
Химический аспект - земная кора
Если разделять Землю на слои, руководствуясь различиями в химическом составе, верхним слоем планеты будет земная кора. Это относительно тонкая оболочка, заканчивающаяся на глубине от 5 до 130 километров под уровнем моря - океаническая кора тоньше, а континентальная, в районах гор, толще всего. Хотя 75% массы коры приходится только на кремний и кислород (не чистые, связанные в составе разных веществ), она отличается наибольшим химическим разнообразием среди всех слоев Земли.
Играет роль и богатство минералов - различных веществ и смесей, созданных за миллиарды лет истории планеты. Земная кора содержит не только «родные» минералы, которые были созданы геологическими процессами, но и массивное органическое наследие, вроде нефти и угля, а также инопланетные, включения.
Физический аспект - литосфера
Опираясь на физические характеристики Земли, такие как твердость или упругость, мы получим несколько иную картину - внутренности планеты будет укутывать литосфера (от др. греческого lithos, «скалистый, твердый» и «sphaira» сфера). Она намного толще земной коры: литосфера простирается до 280 километров вглубь и даже захватывает верхнюю твердую часть мантии!
Характеристики этой оболочки полностью соответствуют названию - это единственный, кроме внутреннего ядра, твердый слой Земли. Прочность, правда, относительная - литосфера Земли является одной из самых подвижных в Солнечной системе, из-за чего планета уже не раз изменяла свой внешний вид. Но для значительного сжатия, искривления и прочих эластических изменений требуются тысячи лет, если не больше.
- Интересный факт - планета может и не обладать поверхностной корой. Так, поверхность - это его затвердевшая мантия; кору ближайшая к Солнцу планета потеряла давным-давно в результате многочисленных столкновений.
Подводя итог, земная кора - это верхняя, химически разнообразная часть литосферы, твердой оболочки Земли. Первоначально они обладали практически одинаковым составом. Но когда на глубины воздействовала только нижележащая астеносфера и высокие температуры, в формировании минералов на поверхности активно участвовали гидросфера, атмосфера, метеоритные остатки и живые организмы.
Литосферные плиты
Еще одна черта, которая отличает Землю от других планет - это разнообразие на ней разнотипных ландшафтов. Конечно, свою невероятно большую роль сыграли и вода, о чем мы расскажем немного позже. Но даже основные формы планетарного ландшафта нашей планеты отличаются от той же Луны. Моря и горы нашего спутника - это котлованы от бомбардировки метеоритами. А на Земле они образовались в результате сотен и тысяч миллионов лет движения литосферных плит.
О плитах вы уже наверняка слышали - это громадные устойчивые фрагменты литосферы, которые дрейфуют по текучей астеносфере, словно битый лед по реке. Однако между литосферой и льдом есть два главных отличия:
- Прорехи между плитами небольшие, и быстро затягиваются за счет извергающегося с них расплавленного вещества, а сами плиты не разрушаются от столкновений.
- В отличие от воды, в мантии отсутствует постоянное течение, которое могло бы задавать постоянное направление движения материкам.
Так, движущей силой дрейфа литосферных плит является конвекция астеносферы, основной части мантии - более горячие потоки от земного ядра поднимаются к поверхности, когда холодные опускаются обратно вниз. Учитывая то, что материки различаются в размерах, и рельеф их нижней стороны зеркально отражает неровности верхней, движутся они также неравномерно и непостоянно.
Главные плиты
За миллиарды лет движения литосферных плит они неоднократно сливались в суперконтиненты, после чего снова разделялись. В ближайшем будущем, через 200– 300 миллионов лет, тоже ожидается образование суперконтинента под именем Пангея Ультима. Рекомендуем посмотреть видео в конце статьи - там наглядно показано, как мигрировали литосферные плиты за последние несколько сотен миллионов лет. Кроме того, силу и активность движения материков определяет внутренний нагрев Земли - чем он выше, тем сильнее расширяется планета, и тем быстрее и свободнее движутся литосферные плиты. Однако с начала истории Земли ее температура и радиус постепенно снижаются.
- Интересный факт - дрейф плит и геологическая активность не обязательно должны питаться от внутреннего самонагрева планеты. К примеру, спутник Юпитера, обладает множеством активных вулканов. Но энергию для этого дает не ядро спутника, а гравитационное трение с , из-за которого недра Ио разогреваются.
Границы литосферных плит весьма условны - одни части литосферы тонут под другими, а некоторые, как Тихоокеанская плита, вообще скрыты под водой. Геологи сегодня насчитывают 8 основных плит, которые покрывают 90 процентов всей площади Земли:
- Австралийская
- Антарктическая
- Африканская
- Евразийская
- Индостанская
- Тихоокеанская
- Северо-Американская
- Южно-Американская
Такое разделение появилось недавно - так, Евразийская плита еще 350 миллионов лет назад состояла из отдельных частей, во время слияния которых образовались Уральские горы, одни из самых древних на Земле. Ученые по сей день продолжают исследование разломов и дна океанов, открывая новые плиты и уточняя границы старых.
Геологическая активность
Литосферные плиты движутся очень медленно - они наползают друг друга со скоростью 1–6 см/год, и отдаляются максимально на 10-18 см/год. Но именно взаимодействие между материками создает геологическую активность Земли, ощутимую на поверхности - извержения вулканов, землетрясения и образование гор всегда происходят в зонах контакта литосферных плит.
Однако есть исключения - так называемые горячие точки, которые могут существовать и в глубине литосферных плит. В них расплавленные потоки вещества астеносферы прорываются наверх, проплавляя литосферу, что приводит к повышенной вулканической активности и регулярным землетрясениям. Чаще всего это происходит неподалеку от тех мест, где одна литосферная плита наползает на другую - нижняя, вдавленная часть плиты погружается в мантию Земли, повышая тем самым давление магмы на верхнюю плиту. Однако сейчас ученые склоняются к той версии, что «утонувшие» части литосферы расплавляются, повышая давление в глубинах мантии и создавая тем самым восходящие потоки. Так можно объяснить аномальную отдаленность некоторых горячих точек от тектонических разломов.
- Интересный факт - в горячих точках часто образуются щитовые вулканы, характерные своей пологой формой. Они извергаются много раз, разрастаясь за счет текучей лавы. Также это типичный формат инопланетных вулканов. Самый известный из них на Марсе, самая высокая точка планеты - высота его достигает 27 километров!
Океаническая и континентальная кора Земли
Взаимодействие плит также приводит к формированию двух различных типов земной коры - океанической и континентальной. Поскольку в океанах, как правило, находятся стыки различных литосферных плит, их кора постоянно изменяется - разламывается или поглощается другими плитами. На месте разломов возникает непосредственный контакт с мантией, откуда поднимается раскаленная магма. Остывая под воздействием воды, она создает тонкий слой из базальтов - основной вулканической породы. Таким образом, океаническая кора полностью обновляется раз в 100 миллионов лет - самые старые участки, которые находятся в Тихом океане, достигают максимального возраста в 156–160 млн лет.
Важно! Океаническая кора - это не вся та земная кора, что находится под водой, а лишь ее молодые участки на стыке материков. Часть континентальной коры находится под водой, в зоне стабильных литосферных плит.
С детства меня тянуло к новым знаниям как магнитом. Пока все знакомые при первой же возможности бежали во двор кататься на велосипеде и гонять мяч, я часами зачитывалась детскими энциклопедиями. В одной из них мне встретился ответ на вопрос, что такое литосфера. Об этом сейчас я и расскажу вам.
Как устроена планета и что такое литосфера
Представьте себе резиновый мяч-попрыгунчик. Он полностью сделан из одного вещества – то есть имеет однородную структуру.
Наша планета внутри совсем не однородна.
- В самом центре Земли находится плотное раскаленное ядро.
- За ним следует мантия.
- На поверхности планету, будто одеяло, укрывает земная кора.
Часть слоя мантии вместе с земной корой образуют литосферу – оболочку нашей планеты. На ней мы живем, по ней ходим и ездим на машинах, строим дома и сажаем растения.
Что такое литосферные плиты
Литосфера – это не целостная оболочка. Представьте себе теперь уже резиновый мяч, который разрезали и склеили заново. Каждый крупный кусочек такого мячика – это литосферная плита.
Границы плит очень условны , ведь они постоянно меняются, сдвигаются, сталкиваются – в общем, живут активной и насыщенной жизнью. Конечно, по нашим меркам они двигаются не слишком быстро – на пару-тройку сантиметров в год , ну максимум – на шесть. Но в масштабах планеты это все равно ведет к большим изменениям.
Прошлое литосферы
Геологам крайне интересно, как же развивалась планета. Они выяснили забавную закономерность: с определенной периодичностью все континенты собираются вместе , объединяясь в один, после чего расходятся снова . Будто группа друзей, которые встретились, посидели и снова разбежались по делам.
Сейчас планета находится в стадии разъединения , произошедшего после того, как единый континент Пангея разделился на кусочки.
Считается, что все они снова соберутся в единое целое - Пангею Ультиму - через 200 миллионов лет. Этому будут очень рады те, кто боится летать на самолетах – не надо будет пересекать океаны.
Правда, придется приготовиться к сильным изменениям климата . Британцам предстоит запасать теплые вещи – их откинет к Северному Полюсу. Жители Сибири же могут радоваться – им светит жизнь в субтропиках.
Полезно2 2 Не очень
Друзья, вы часто спрашиваете, поэтому напоминаем! 😉
Авиабилеты - сравнить цены от всех авиакомпаний и агентств можно !
Отели - не забываем проверять цены от сайтов бронирования! Не переплачивайте. Это !
Аренда авто - тоже агрегация цен от всех прокатчиков, все в одном месте, идем !
Впервые о строении нашей планеты я, как и все, узнал на уроках географии , однако, какого-либо интереса к этому я не испытывал. Действительно, на уроке скучно, так и тянет на улицу поиграть в футбол и все такое. Совсем по-другому обстояло дело когда я начал читать роман Жюля Верна «Путешествие к центру земли» . До сих пор вспоминаю свои впечатления от прочитанного.
Строение Земли
Проникнуть вглубь Земли для человека достаточно проблематично, поэтому изучение глубин ведется при помощи сейсмической аппаратуры . Как и ряд планет, входящих в земную группу , Земля имеет слоистое строение . Под корой расположена мантия , а центральную часть занимает ядро , состоящее из сплава железа и никеля . Каждый из слоев значительно отличается по своему строению и составу. За время существования нашей планеты более тяжелые породы и вещества уходили вглубь под действием силы тяжести, а более легкие оставались на поверхности . Радиус - расстояние от поверхности до центра, составляет более 6 тысяч километров .
Что такое литосфера
Этот термин впервые был применен в 1916 коду , и до середины прошлого века представлял собой синоним понятию «земная кора» . Уже после было доказано, что литосфера захватывает и верхние слои мантии в глубину до нескольких десятков километров. В строении выделяют как стабильные (неподвижные) области, так и подвижные (складчатые пояса) . Толщина этого слоя составляет от 5 до 250 километров . Под поверхностью океанов литосфера имеет минимальную толщину , а максимальная наблюдается в горных районах . Этот слой является единственным доступным для человека. В зависимости от расположения, под континентом или океаном, строение коры может различаться. Наибольшую площадь составляет океаническая кора, тогда как континентальная составляет 40%, но имеет более сложное строение. Наука выделяет три слоя:
- осадочный;
- гранитный;
- базальтовый.
В этих слоях встречаются самые древние породы , некоторые из которых имеют возраст до 2 миллиардов лет.
Лавовое озеро в кратере Эрта Але Толщина коры под океанами составляет от 5 до 10 километров. Наиболее тонкая кора наблюдается в центральных океанических районах. В океанической коре, подобно континентальной, выделяют 3 слоя:
- морские осадки;
- средний;
- океанический.
Остров Нисиносима. Образовался в Тихом океане после извержения подводного вулкана в 2013 году Упоминая океаническую кору , стоит отметить самое глубокое место мирового океана - Марианский желоб , расположенный в западной части Тихого океана . Глубина впадины свыше 11 километров . Наивысшей точкой литосферы можно считать самую высокую гору - Эверест , высота которой составляет 8848 метров над уровнем моря. Самая глубокая скважина , пробуренная в толще земной коры, уходит вглубь на 12262 метров . Она расположена на Кольском полуострове в 10 километрах западнее города Полярный , что в Мурманской области .
Джомолунгма, Эверест, Сагарматха - высочайшая вершина Земли Сколько существует человечество, столько ведутся споры о том, какое строение имеет Земля . Порой выдвигались совершенно безумные теории . Из самых ярких можно отметить теорию о полой Земле , теорию о клеточной космогонии и теорию, согласно которой айсберги появляются из недр Земли , что совершенно невозможно себе представить. В продолжении теории о полой Земле, существует предположении о заселенном центре , якобы и там проживают люди :)
Полезно1 1 Не очень
Комментарии0
Я всегда очень любил изучать географию. В детстве мне было интересно узнать больше о Земле, по которой мы ходим ежедневно. Конечно, когда я понял, что внутри нашей планеты находится ядерный реактор, меня это мало порадовало. Однако, строение земного шара и без того очень захватывающее. Например, верхняя твердая часть земной поверхности.
Что собой представляет литосфера
Литосферой (с греч. - «каменный шар») называют оболочку земной поверхности, а точнее твердую ее часть. То есть, океаны, моря, и другие водоемы не являются литосферой. Однако, дно любого водного ресурса тоже принято считать твердой оболочкой. Из-за этого и колеблется толщина твердой коры. В морях и океанах она тоньше. На суше, особенно там, где возвышаются горы - толще.
Какая толщина у твердой части Земли
Но у литосферы есть предел, если копнуть в глубину, то следующим за литосферой шаром является мантия. Кроме земной коры, верхний и твердый покров мантии также входит в нижнюю часть литосферы. Но глубже в недрах земного шара второй слой размягчается, становится пластичнее. Вот такие участки и являются пределом твердой оболочки земли. Толщина колеблется от 5 до 120 километров.
Время разделило литосферу на части
Существует такое понятие, как литосферная плита. Вся твердая оболочка Земли раскололась на несколько десятков плит. Они имеют свойство медленно двигаться благодаря податливости мягкой части мантии. Интересно, что на стыках этих плит формируется, как правило, вулканическая и сейсмическая активность. Вот таких размеров самые крупные литосферные плиты.
- Тихоокеанская плита - 103 000 000 км².
- Северо-Американская плита - 75 900 000 км².
- Евразийская плита - 67 800 000 км².
- Африканская плита - 61 300 000 км².
Плиты могут быть континентальные и океанические. Отличаются они толщиной, океанические - намного тоньше.
Вот чем является та часть земного шара, где мы ходим, ездим, спим и существуем. Чем больше я узнаю об устройстве нашей планеты, тем больше меня удивляет и восхищает, как все глобально продумано и устроено.
Полезно0 0 Не очень
Комментарии0
После окончания школы я рассматривала геодезию как один из вариантов для дальнейшего обучения. Чтобы поступить на инженерную специальность, помимо математики требовалась география, поэтому я усердно готовилась к сдаче вступительных экзаменов. Одной из тем, которая мне хорошо тогда запомнилась, была структура Земли - это очень интересный раздел, который повествует об устройстве нашей планеты.
Земная кора или литосфера
Представьте себе обыкновенное куриное яйцо. Оно, как и Земля имеет твердую оболочку (скорлупу) снаружи, жидкий белок внутри и в самом центре - желток. Мне это немного напоминает упрощенное строение Земли. Но вернусь к литосфере.
Твердая оболочка планеты похожа на яичную скорлупу тем, что она очень тонкая и легкая. Земная кора - это лишь 1% от всей массы Земли и в отличие от скорлупы литосфера не обладает целостной структурой: земная кора состоит из плит, дрейфующих по расплавленному магматическому слою.
За один календарный год материки смещаются на 7 см.
Этим объясняются частые землетрясения и извержения вулканов, которым подвержены территории расположенные вблизи стыков литосферных плит.
Причина тонкости литосферы
Чтобы понять, почему литосфера приняла ту форму, в которой мы её знаем, нужно обратиться к истории Земли.
4 млрд лет назад основой для нашей планеты послужил астероид изо льда. Он вращался вокруг Солнца в гигантском облаке космического мусора, который «прилипал» к нему.
Вскоре Земля стала массивной и весь её вес начал давить на внутренние слои так сильно, что они расплавились.
Плавление привело к таким последствиям:
- на поверхность поднялся водяной пар;
- из недр вышли газы;
- сформировалась атмосфера.
Из-за земного тяготения пар и газы не смогли уйти в космос.
В атмосфере оказалось невероятное количество водяного пара, который обрушился из облаков на кипящую магму. Под воздействием осадков магма охлаждалась и окаменевала.
Новоиспеченные куски земной коры сталкивались друг с другом и сминались - появились материки, а в местах понижений скопилась вода, которая сформировала Мировой океан.
Полезно0 0 Не очень
Комментарии0
В моем понимании литосфера – наша среда обитания, наш дом, благодаря которому обеспечивается существование всего живого. Я считаю, что литосфера - это важнейший ресурсный потенциал Земли . Только представьте, сколько запасов различных полезных ископаемых она содержит!
Что такое литосфера с научной точки зрения
Литосфера – твердая, но в тоже время очень хрупкая оболочка нашей планеты. Наружная ее часть граничит с гидросферой и атмосферой. Она состоит из земной коры и верхней части мантии.
Кора делится на два типа – океанический и континентальный. Океаническая – молодая, она относительно небольшой толщины. Она совершает постоянные колебания в горизонтальном направлении. Континентальный или, как его еще называют, материковый слой намного толще.
Строение земной коры
Существует два основных типа участков коры: относительно неподвижные платформы и подвижные области. Из-за движения плит возникают землетрясения, цунами и прочие опасные природные явления. Изучает эти процессы раздел науки – тектоника . Благодаря тому, что я живу в относительно неподвижной центральной части Европейской равнины, мне посчастливилось ни разу в жизни не увидеть разрушительную силу землетрясений воочию.
Давайте теперь перейдем непосредственно к строению.
Континентальная кора имеет в составе три основных слоя, расположенных пластами:
- Осадочный. Поверхностный слой, по которому мы с вами ходим. Толщина его достигает до 20 км.
- Гранитный. Образуют его магматические породы. Его толща составляет 10-40 км.
- Базальтовый. Массивный слой магматического происхождения толщиной 15-35 км.
Из чего состоит земная кора
Удивительно, но земная кора, кажущаяся нам такой мощной и толстой, состоит из относительно легких по массе веществ. В ее составе насчитывается около 90 различных элементов .
В состав осадочного слоя входят:
- глина;
- глинистые сланцы;
- песчаники;
- карбонаты;
- вулканические породы;
- каменный уголь.
Прочие элементы:
- кислород (50% от всей коры);
- кремний (25%);
- железо;
- калий;
- кальций и т.д.
Как мы видим, литосфера – очень сложная структура. Неудивительно, что она еще не полностью изучена.
На ней мы строим дома и выращиваем посевы, на её поверхности бушуют океаны, возвышаются горы и это она трясётся, когда происходит землетрясение. И хоть при слове «оболочка» представляется что-то цельное и монолитное, но, тем не менее, литосфера состоит из отдельных кусочков - литосферных плит, медленно дрейфующих по раскалённой мантии.
Литосферные плиты
Как льдины в реке, литосферные плиты плывут, постоянно сталкиваясь друг с другом или наоборот разъезжаясь в разные стороны . А надо заметить, плиточки - ни чего себе так, большие (90% поверхности Земли состоит всего из 13 таких плит ).
Самые крупные из них:
- Тихоокеанская плита - 103300000 квадратных км;
- Северо-Американская - 75900000;
- Евразийская - 67800000;
- Африканская - 61300000;
- Антарктическая - 60900000.
Естественно когда такие махины сталкиваются, это не может не закончиться чем-то грандиозным. Правда, происходить это будет очень-очень медленно, так как скорость движения литосферных плит составляет от 1 до 6 см/год.
Если одна плита упирается в другую и начинает медленно наползать на неё или обе не желают уступать , образуются горы (иногда очень высокие). А в том месте, где одна «корка» земли ушла вниз может возникнуть глубокий жёлоб.
Если плиты наоборот поссорились и удаляются друг от друга - в образовавшуюся прореху начинает поступать магма, образуя небольшие хребты.
А бывает и так, что плиты и не сталкиваются, и не разбегаются, а просто трутся боками друг о друга, как кот о ногу.
Тогда в земле появляется очень глубокая длинная трещина, и к сожалению могут происходить сильные землетрясения, что наглядно демонстрирует разлом Сан-Андреас в сейсмически неустойчивой Калифорнии.
Полезно0 0 Не очень
ЛИТОСФЕРА
Строение и состав литосферы. Гипотеза неомобилизма. Формирование материковых глыб и океанических впадин. Движение литосферы. Эпейрогенез. Орогенез. Основные морфоструктуры Земли: геосинклинали, платформы. Возраст Земли. Геохронология. Эпохи горообразования. Географическое распространение горных систем разного возраста.
Строение и состав литосферы.
Термин «литосфера» употребляется в науке давно – вероятно, с середины 19 в. Но современное значение он приобрел менее полувека назад. Еще в геологическом словаре издания 1955 г. сказано: литосфера – то же, что земная кора. В словаре издания 1973 г. и в последующих: литосфера … в современном понимании включает земную кору… и жесткую верхнюю часть верхней мантии Земли. Верхняя мантия – это геологический термин, обозначающий очень большой слой; верхняя мантия имеет мощность до 500, по некоторым классификациям – свыше 900 км, а в состав литосферы входят лишь верхние от нескольких десятков до двух сотен километров.
Литосфера – это внешняя оболочка «твёрдой» Земли, расположенная ниже атмосферы и гидросферы над астеносферой. Мощность литосферы изменяется от 50 км (под океанами) до 100 км (под материками). В её составе – земная кора и субстрат, входящий в состав верхней мантии. Границей между земной корой и субстратом служит поверхность Мохоровичича, при пересечении которой сверху вниз скачкообразно увеличивается скорость продольных сейсмических волн. Пространственное (горизонтальное) строение литосферы представлено её крупными блоками – т. н. литосферными плитами, отделёнными друг от друга глубинными тектоническими разломами. Литосферные плиты движутся в горизонтальном направлении со средней скоростью 5-10 см в год.
Строение и мощность земной коры неодинаковы: та её часть, которую можно назвать материковой, имеет три слоя (осадочный, гранитный и базальтовый) и среднюю мощность около 35 км. Под океанами её строение более простое (два слоя: осадочный и базальтовый), средняя мощность – около 8 км. Выделяются также переходные типы земной коры (лекция 3).
В науке прочно укрепилось мнение, что земная кора в том виде, в котором она существует, есть производное от мантии. В течение всей геологической истории происходил направленный необратимый процесс обогащения поверхности Земли веществом из земных недр. В строении земной коры принимают участие три основных типа горных пород: магматические, осадочные и метаморфические.
Магматические породы образуются в недрах Земли в условиях высоких температур и давлений в результате кристаллизации магмы. Они составляют 95% массы вещества, слагающего земную кору. В зависимости от условий, в которых происходил процесс застывания магмы, формируются интрузивные (образовавшиеся на глубине) и эффузивные (излившиеся на поверхность) горные породы. К интрузивным относятся: гранит, габбро, к изверженным – базальт, липарит, вулканический туф и др.
Осадочные породы образуются на земной поверхности различными путями: часть из них формируется из продуктов разрушения пород, образовавшихся ранее (обломочные: пески, гелечники), часть за счет жизнедеятельности организмов (органогенные: известняки, мел, ракушечник; кремнистые породы, каменный и бурый уголь, некоторые руды), глинистые (глины), химические (каменная соль, гипс).
Метаморфические породы образуются в результате превращения пород другого происхождения (магматических, осадочных) под воздействием различных факторов: высокой температуры и давления в недрах, контакта с породами другого химического состава и др. (гнейсы, кристаллические сланцы, мрамор и др.).
Большую часть объема земной коры занимают кристаллические породы магматического и метаморфического происхождения (около 90%). Однако для географической оболочки более существенна роль маломощного и прерывистого осадочного слоя, который на большей части земной поверхности непосредственно контактирует с водой, воздухом, принимает активное участие в географических процессах (мощность – 2,2 км: от 12 км в прогибах, до 400 – 500 м в океаническом ложе). Наиболее распространены – глины и глинистые сланцы, пески и песчаники, карбонатные породы. Важную роль в географической оболочке играют лёссы и лёссовидные суглинки, слагающие поверхность земной коры во внеледниковых районах северного полушария.
В земной коре – верхней части литосферы – обнаружено 90 химических элементов, но только 8 из них широко распространены и составляют 97,2%. По А.Е. Ферсману, они распределяются следующим образом: кислород – 49%, кремний – 26, алюминий – 7,5, железо – 4,2, кальций – 3,3, натрий – 2,4, калий – 2,4, магний – 2,4%.
Земная кора разделена на отдельные геологически разновозрастные, более или менее активные (в динамическом и сейсмическом отношении) глыбы, которые подвержены постоянным движениям, как вертикальным, так и горизонтальным. Крупные (несколько тысяч километров в поперечнике), относительно устойчивые глыбы земной коры с низкой сейсмичностью и слабо расчленённым рельефом получили название платформ (plat – плоский, form – форма (фр.)). Они имеют кристаллический складчатый фундамент и разновозрастный осадочный чехол. В зависимости от возраста, платформы делятся на древние (докембрийские по возрасту) и молодые (палеозойские и мезозойские). Древние платформы являются ядрами современных континентов, общее вздымание которых сопровождалось более быстрым поднятием или опусканием их отдельных структур (щиты и плиты).
Субстрат верхней мантии, располагающийся на астеносфере, представляет собой своеобразную жёсткую платформу, на которой в процессе геологического развития Земли формировалась земная кора. Вещество астеносферы, по-видимому, отличается пониженной вязкостью и испытывает медленные перемещения (токи), которые, предположительно, являются причиной вертикальных и горизонтальных движений литосферных блоков. Они находятся в положении изостазии, предполагающем их взаимное уравновешивание: поднятие одних областей обусловливает опускание других.
Теория литосферных плит впервые высказана Е. Быхановым (1877) и окончательно разработана немецким геофизиком Альфредом Вегенером (1912). Согласно этой гипотезе до верхнего палеозоя земная кора была собрана в материк Пангею, окруженную водами океана Панталласса (частью этого океана было море Тетис). В мезозое начались расколы и дрейф (плавание) отдельных ее глыб (материков). Материки, сложенные относительно легким веществом, которое Вегенер называл сиаль (силициум-алюминий), плавали по поверхности вещества более тяжелого – сима (силициум-магний). Первой отделилась и сместилась к западу Ю. Америка, затем отошла Африка, позднее Антарктида, Австралия и С. Америка. Разработанный позднее вариант гипотезы мобилизма допускает существование в прошлом двух гигантских пра-материков – Лавразии и Гондваны. Из первой образовались С. Америка и Азия, из второй – Ю. Америка, Африка, Антарктида и Австралия, Аравия и Индостан.
Поначалу данная гипотеза (теория мобилизма) покорила всех, ее приняли с восторгом, но через 2-3 десятилетия выяснилось, что физические свойства пород не допускают такого плавания и на теории дрейфа материков был поставлен жирный крест и вплоть до 1960-х гг. господствующей системой воззрений на динамику и развитие земной коры была т. н. теория фиксизма (fixus – твёрдый; неизменный; закреплённый (лат.), утверждавшая неизменное (фиксированное) положение континентов на поверхности Земли и ведущую роль вертикальных движений в развитии земной коры.
Лишь к 60-м годам, когда уже была открыта общемировая система срединно-океанических хребтов, построили практически новую теорию, в которой от гипотезы Вегенера осталось только изменение взаимного расположения материков, в частности объяснение сходства очертаний континентов по обе стороны Атлантики.
Важнейшее отличие современной тектоники плит (новая глобальная тектоника) от гипотезы Вегенера состоит в том, что у Вегенера материки двигались по веществу, которым сложено океаническое дно, в современной же теории в движении участвуют плиты, в состав которых входят участки и суши и дно океана; границы между плитами могут проходить и по дну океана, и по суше, и по границам материков и океанов.
Движение литосферных плит (крупнейшие: Евразийская, Индо-Австралийская, Тихоокеанская, Африканская, Американская, Антарктическая) происходит по астеносфере – слою верхней мантии, который подстилает литосферу и обладает вязкостью, пластичностью. В местах срединно-океанических хребтов литосферные плиты наращиваются за счет вещества, поднимающегося из недр, и раздвигаются по оси разломов или рифтов в стороны – спрединг (англ. spreading - расширение, распространение). Но поверхность земного шара не может увеличиваться. Возникновение новых участков земной коры по сторонам от срединно-океанических хребтов должно где-то компенсироваться ее исчезновением. Если мы считаем, что литосферные плиты достаточно устойчивы, естественно предположить, что исчезновение коры, как и образование новой, должно происходить на границах сближающихся плит. При этом могут быть три различных случая:
Сближаются два участка океанической коры;
Участок континентальной коры сближается с участком океанической;
Сближаются два участка континентальной коры.
Процесс, происходящий при сближении участков океанической коры, может быть схематически описан так: край одной плиты несколько поднимается, образуя островную дугу; другой уходит под него, здесь уровень верхней поверхности литосферы понижается, формируется глубоководный океанический желоб. Таковы Алеутские острова и обрамляющий их Алеутский желоб, Курильские острова и Курило-Камчатский желоб, Японские острова и Японский желоб, Марианские острова и Марианский желоб и т.д.; все это в Тихом океане. В Атлантическом – Антильские острова и желоб Пуэрто-Рико, Южные Сандвичевы острова и Южно-Сандвичев желоб. Движение плит относительно друг друга сопровождается значительными механическими напряжениями, поэтому во всех этих местах наблюдаются высокая сейсмичность, интенсивная вулканическая деятельность. Очаги землетрясений располагаются в основном на поверхности соприкосновения двух плит и могут быть на большой глубине. Край плиты, ушедшей вглубь, погружается в мантию, где постепенно превращается в мантийное вещество. Погружающаяся плита подвергается разогреву, из нее выплавляется магма, которая изливается в вулканах островных дуг.
Процесс погружения одной плиты под другую носит название субдукция (буквально – поддвигание). Когда движутся друг другу навстречу участки континентальной и океанической коры, процесс идет примерно также, как в случае встречи двух участков океанической коры, только вместо островной дуги образуется мощная цепь гор вдоль берега материка. Так же погружается океаническая кора под материковый край плиты образуя глубоководные желоба, так же интенсивны вулканические и сейсмические процессы. Типичный пример – Кордильеры Центральной и Южной Америки и идущая вдоль берега система желобов – Центральноамериканский, Перуанский и Чилийский.
При сближении двух участков континентальной коры край каждой из них испытывает складкообразование. Разломы, формируются горы. Интенсивны сейсмические процессы. Наблюдается и вулканизм, но меньше, чем в первых двух случаях, т.к. земная кора в таких местах очень мощная. Так образовался Альпийско-Гималайский горный пояс, протянувшийся от Северной Африки и западной оконечности Европы через всю Евразию до Индокитая; в его состав входят самые высокие горы на Земле, по всему его протяжению наблюдается высокая сейсмичность, на западе пояса есть действующие вулканы.
Согласно прогнозу, при сохранении общего направления движения литосферных плит, значительно расширятся Атлантический океан, Восточно-Африканские рифты (они заполнятся водами МО) и Красное море, которое напрямую соединит Средиземное море с Индийским океаном.
Переосмысление идей А. Вегенера привело к тому, что, вместо дрейфа континентов, вся литосфера стала рассматриваться как подвижная твердь Земли, и данная теория, в конечном итоге, свелась к так называемой «тектонике литосферных плит» (на сегодняшний день – «новая глобальная тектоника»).
Основные положения новой глобальной тектоники состоят в следующем:
1.Литосфера Земли, включающая кору и самую верхнюю часть мантии, подстилается более пластичной, менее вязкой оболочкой – астеносферой.
2.Литосфера разделена на ограниченное число крупных, несколько тысяч километров в поперечнике, и среднего размера (около 1000 км) относительно жестких и монолитных плит.
3.Литосферные плиты перемещаются друг относительно друга в горизонтальном направлении; характер этих перемещений может быть трояким:
а) раздвиг (спрединг) с заполнением образующегося зияния новой корой океанического типа;
б) поддвиг (субдукция) океанской плиты под континентальную или океаническую же с возникновением над зоной субдукции вулканической дуги или окраинно-континентального вулкано-плутонического пояса;
в) скольжение одной плиты относительно другой по вертикальной плоскости т. н. трансформных разломов, поперечных к осям срединных хребтов.
4.Перемещение литосферных плит по поверхности астеносферы подчиняется теореме Эйлера, гласящей, что перемещение сопряженных точек на сфере происходит вдоль окружностей, проведенных относительно оси, проходящей через центр Земли; места выхода оси на поверхность получили название полюсов вращения, или раскрытия.
5.В масштабе планеты в целом спрединг автоматически компенсируется субдукцией, т. е. сколько за данный промежуток времени рождается новой океанической коры, столько же более древней океанической коры поглощается в зонах субдукции, благодаря чему объем Земли остается неизменным.
6.Перемещение литосферных плит происходит под действием конвективных течений в мантии, включая астеносферу. Под осями раздвига срединных хребтов образуются восходящие течения; они превращаются в горизонтальные на периферии хребтов и в нисходящие в зонах субдукции на окраинах океанов. Сама конвекция имеет своей причиной накопление тепла в недрах Земли вследствие его выделения при распаде естественно-радиоактивных элементов и изотопов.
Новые геологические материалы о наличии вертикальных токов (струй) расплавленного вещества, поднимающихся от границ самого ядра и мантии к земной поверхности, легли в основу построения новой, т. н. «плюмовой» тектоники, или гипотезы плюмов. Она опирается на представления о внутренней (эндогенной) энергии, сосредоточенной в нижних горизонтах мантии и во внешнем жидком ядре планеты, запасы которой практически неисчерпаемы. Высокоэнергетические струи (плюмы) пронизывают мантию и устремляются в виде потоков в земную кору, определяя тем самым все особенности тектоно-магматической деятельности. Некоторые приверженцы плюмовой гипотезы склонны даже считать, что именно этот энергообмен лежит в основе всех физико-химических преобразований и геологических процессов в теле планеты.
В последнее время многие исследователи все больше стали склоняться к мысли, что неравномерным распределением эндогенной энергии Земли, как и периодизацией некоторых экзогенных процессов, управляют внешние по отношению к планете (космические) факторы. Из них наиболее действенной силой, непосредственно влияющей на геодинамическое развитие и преобразование вещества Земли, по-видимому, служит эффект гравитационного воздействия Солнца, Луны и других планет, с учётом инерционных сил вращения Земли вокруг своей оси и её движения по орбите. Основанная на этом постулате концепция центробежно-планетарных мельниц позволяет, во-первых, дать логическое объяснение механизму дрейфа материков, во-вторых – определить главные направления подлитосферных потоков.
Движение литосферы. Эпейрогенез. Орогенез.
Взаимодействие земной коры с верхней мантией – причина глубинных тектонических движений, возбуждаемых вращением планеты, тепловой конвекцией или гравитационной дифференциацией вещества мантии (медленное опускание более тяжелых элементов вглубь и поднятие более легких кверху), зона их появления до глубины около 700 км получила название тектоносферы.
Существует несколько классификаций тектонических движений, каждая из которых отражает одну из сторон – направленность (вертикальные, горизонтальные), место проявления (поверхностные, глубинные) и т.п.
С географической точки зрения удачным представляется деление тектонических движений на колебательные (эпейрогенические) и складкообразовательные (орогенические).
Сущность эпейрогенических движений сводится к тому, что огромные участки литосферы испытывают медленные поднятия или опускания, являются существенно вертикальными, глубинными, проявление их не сопровождается резким изменением первоначального залегания горных пород. Эпейрогенические движения были повсюду и во все времена геологической истории. Происхождение колебательных движений удовлетворительно объясняется гравитационной дифференциацией вещества в Земле: восходящим токам вещества отвечают поднятия земной коры, нисходящим – опускания. Скорость и знак (поднятие – опускание) колебательных движений меняются и в пространстве, и во времени. В их последовательности наблюдается цикличность с интервалами от многих миллионов лет до нескольких тысяч столетий.
Для становления современных ландшафтов большое значение имели колебательные движения недавнего геологического прошлого – неогена и четвертичного периода. Они получили название новейших или неотектонических . Размах неотектонических движений очень значителен. В горах Тянь-Шаня, например, их амплитуда достигает 12-15 км и без неотектонических движений на месте этой высокой горной страны существовал бы пенеплен – почти равнина, возникшая на месте разрушенных гор. На равнинах амплитуда неотектонических движений намного меньше, но и здесь многие формы рельефа – возвышенности и низменности, положение водоразделов и речных долин – связаны с неотектоникой.
Новейшая тектоника проявляется и в настоящее время. Скорость современных тектонических движений измеряется миллиметрами, реже рервыми сантиметрами (в горах). На Русской равнине максимальные скорости поднятия до 10 мм в год установлены для Донбасса и северо-востока Приднепровской возвышенности, максимальные опускания, до 11,8 мм в год – в Печорской низменности.
Следствиями эпейрогенических движений являются:
1.Перераспределение соотношения между площадями суши и моря (регрессия, трансгрессия). Лучше всего изучать колебательные движения, следя за поведением береговой линии, потому что при колебательных движениях граница между сушей и морем смещается вследствие расширения площади моря за счет сокращения площади суши или сокращения площади моря за счет увеличения площади суши. Если суша поднимается, а уровень моря остается неизменным, то ближайшие к береговой линии участки морского дна выступают на дневную поверхность – происходит регрессия , т.е. отступание моря. Опускание суши при неизменном уровне моря, либо повышение уровня моря при стабильном положении суши влечет трансгрессию (наступание) моря и затопление более или менее значительных участков суши. Таким образом, главной причиной трансгрессий и регрессий являются поднятия и опускания твердой земной коры.
Значительное увеличение площади суши или моря не может не сказаться на характере климата, который становится более морским или более континентальным, что с течением времени должно отразится на характере органического мира и почвенного покрова, изменится конфигурация морей и материков. В случае регрессии моря некоторые материки, острова могут соединиться, если разделяющие их проливы были неглубокими. При трансгрессии, наоборот, происходит разъединение масс суши на обособленные материки или отделение от материка новых островов. Наличием колебательных движений в значительной степени объясняется эффект разрушительной деятельности моря. Медленная трансгрессия моря на крутые побережья сопровождается выработкой абразионной (абразия – срезание морем берега) поверхности и ограничивающего ее со стороны суши абразионного уступа.
2.В связи с тем, что колебания земной коры происходят в разных точках либо с разным знаком, либо с разной интенсивностью – меняется сам вид земной поверхности. Чаще всего поднятия или опускания, охватывающие обширные районы, создают на ней крупные волны: при поднятиях – купола огромных размеров, при опусканиях – чаши и огромные депрессии
При колебательных движениях может случиться, что когда один участок поднимается, а соседний с ним опускается, то на границе между такими различно движущимися участками (а также и внутри каждого из них) происходят разрывы, в силу чего отдельные глыбы земной коры приобретают самостоятельное движение. Подобный разрыв, при котором горные породы перемещаются вверх или вниз друг относительно друга вдоль вертикальной или почти вертикальной трещины, называется сбросом. Образование сбросовых трещин есть следствие растяжения земной коры, а растяжение почти всегда связывается с областями поднятия, где литосфера вспучивается, т.е. профиль ее делается выпуклым.
Складкообразовательные движения – движения земной коры, в результате которых образуются складки, т.е. различной сложности волнообразный изгиб пластов. Отличаются от колебательных (эпейрогенических) рядом существенных признаков: они эпизодичны во времени, в отличие от колебательных, которые никогда не прекращаются; они не повсеместны и каждый раз приурочены к относительно ограниченным участкам земной коры; охватывая очень большие промежутки времени, складкообразовательные движения тем не менее протекают быстрее, чем колебательные, и сопровождаются высокой магматической активностью. В процессах складкообразования движение вещества земной коры всегда идет по двум направлениям: по горизонтальному и по вертикальному, т.е. тангенциально и радиально. Следствием тангенциального движения и является образование складок, надвигов и т.п. Движение вертикальное приводит к поднятию сминаемого в складки участка литосферы и к его геоморфологическому оформлению в виде высокого вала – горного хребта. Складкообразовательные движение характерны для геосинклинальных областей и слабо представлены или совсем отсутствуют на платформах.
Колебательные и складкообразовательные движения – это две крайние формы единого процесса движения земной коры. Колебательные движения первичны, универсальны, временами, при определенных условиях и на определенных территориях они перерастают в движения орогенические: в поднимающихся участках возникает складчатость.
Наиболее характерным внешним выражением сложных процессов движения земной коры является образование гор, горных хребтов и горных стран. Вместе с тем на участках различной «жесткости» оно протекает по-разному. В областях развития мощных толщ осадков, еще не подвергавшихся складкообразованию и, следовательно, не утерявших способность к пластическим деформациям, сперва происходит образование складок, а затем воздымание всего сложного складчатого комплекса. Возникает громадная выпуклость антиклинального типа, которая впоследствии, будучи расчлененной деятельностью рек, превращается в горную страну.
В областях, уже подвергшихся складчатости в прошлые периоды своей истории, поднятие земной коры и образование гор совершается без нового складкообразования, с господствующим развитием сбросовых дислокаций. Эти два случая наиболее характерны и отвечают двум главным типам горных стран: типу складчатых гор (Альпы, Кавказ, Кордильеры, Анды) и типу глыбовых гор (Тянь-Шань, Алтай).
Подобно тому как горы на Земле свидетельствуют о поднятиях земной коры, равнины свидетельствуют об опусканиях. Чередование выпуклостей и впадин наблюдается и на дне океана, следовательно, и оно затронуто колебательными движениями (подводные плато и котловины говорят о погруженных платформенных структурах, подводные хребты – о затопленных горных странах).
Геосинклинальные области и платформы образуют главнейшие структурные блоки земной коры, находящие отчетливое выражение в современном рельефе.
Самыми молодыми структурными элементами материковой земной коры являются геосинклинали. Геосинклиналь – это высокоподвижный, линейно-вытянутый и сильно расчлененный участок земной коры, характеризующийся разнонаправленными тектоническими движениями высокой интенсивности, энергичными явлениями магматизма, включая вулканизм, частыми и сильными землетрясениями. Геологическая структура, возникшая там, где движения имеют геосинклинальный характер, носит название складчатой зоны. Таким образом, очевидно, что складкообразование характерно прежде всего для геосинклиналей, здесь оно проявляется в наиболее полной и яркой форме. Процесс геосинклинального развития сложен и во многом еще не достаточно изучен.
В своём развитии геосинклиналь проходит несколько стадий. На ранней стадии развития в них наблюдается общее погружение и накопление мощных толщ морских осадочных и вулканогенных пород. Из осадочных пород для этой стадии характерны флиши (закономерное тонкое чередование песчаников, глины и мергелей), а из вулканических – лавы основного состава. На средней стадии , когда в геосинклиналях накапливается толща осадочно-вулканических пород мощностью 8-15 км. Проессы погружения сменяются постепенным воздыманием, осадочные породы подвергаются складкообразованию, а на больших глубинах – метаморфизации, по трещинам и разрывам, пронизывающим их, внедряется и застывает кислая магма. В позднюю стадию развития на месте геосинклинали под влиянием общего воздымания поверхности возникают высокие складчатые горы, увенчанные активными вулканами с излиянием лав среднего и основного состава; впадины заполняются континентальными отложениями, мощность которых может достигать 10 км и более. С прекращением процессов воздымания высокие горы медленно, но неуклонно разрушаются, пока на их месте не образуется холмистая равнина – пенеплен – с выходом на поверхность «геосинклинальных низов» в виде глубоко метаморфизованных кристаллических пород. Пройдя геосинклинальный цикл развития, земная кора утолщается, становится устойчивой и жесткой, не способной к новому складкообразованию. Геосинклиналь переходит в иной качественный блок земной коры – платформу.
Современными геосинклиналями на Земле являются области, занятые глубоководными морями, относимыми к группам внутренних, полузамкнутых и межостровных морей.
На протяжении геологической истории Земли наблюдался ряд эпох интенсивного складчатого горообразования с последующей сменой геосинклинального режима на платформенный. Наиболее древние из эпох складкообразования относятся к докембрийскому времени, затем следуют байкальская (конец протерозоя – начало кембрия), каледонская или нижнепалеозойская (кембрий, ордовик, силур, начало девона), герцинская или верхнепалеозойская (конец девона, карбон, пермь, триас), мезозойская (тихоокеанская), альпийская (конец мезозоя – кайнозой).
ЛИТОСФЕРА – внешняя сфера «твердой» Земли, включающая земную кору и часть верхней мантии (рис. 1).
Толщина коры под континентами составляет, в среднем, 35–40 км. Там, где на суше расположены молодые высокие горы, она часто превышает 50 км (например, под Гималаями достигает 90 км). Под океанами кора более тонкая – в среднем около 7–10 км, а в некоторых районах Тихого океана – всего 5 км.
Границы земной коры определяются по скорости распространения сейсмических волн. Сейсмические волны дают информацию и о свойствах мантии. Установлено, что верхняя мантия состоит, главным образом, из силикатов магния и железа . Состав нижней мантии остается загадкой, однако высказывается предположение, что она содержит оксиды магния и кремния . Заключения о составе земного ядра были сделаны на основании не только анализа сейсмических волн, но и расчетов плотности и изучения состава метеоритов. Считается, что внутреннее ядро представляет собой твердый сплав железа и никеля . Внешнее ядро, по-видимому, жидкое и имеет несколько меньшую плотность. Некоторые специалисты считают, что оно содержит до 14% серы.
Земная кора, гидросфера и атмосфера образовались, в основном, в результате высвобождения веществ из верхней мантии молодой Земли. Сейчас время в срединных хребтах на дне океанов продолжается формирование океанической коры, сопровождающееся выделением газов и небольших количеств воды. По-видимому, и образование коры на молодой Земле было результатом подобных процессов, вследствие чего сформировалась тонкая оболочка, составляющая менее 0,0001% объема всей планеты. Состав этой оболочки, образующей континентальную и океаническую кору, изменялся во времени, прежде всего, за счет перехода элементов из мантии из-за частичного плавления на глубине примерно 100 км. Средний химический состав современной земной коры характеризуется большим содержанием кислорода, за которым следуют кремний и алюминий (рис. 2).
Средние значения относительного содержания химических элементов в верхнем слое земной коры по предложению советского геохимика А.Е.Ферсмана (1883–1945) называют кларками элементов в честь американского ученого Франка Уилгсуорта Кларка (1847–1931), который разработал методы количественной оценки распространенности химических элементов.
Анализ значений кларков позволяет понять многие закономерности распределения химических элементов. Кларки химических элементов земной коры различаются более чем на десять порядков. Так, если алюминия в земной коре содержится более восьми процентов по массе, то, например, золота 4,3·10 -7 %, меди – 5·10 -3 %, урана – 3·10 –4 %, а такого редкого металла, как рений – всего 7·10 –8 %.Элементы, содержащиеся в относительно большом количестве, образуют в природе многочисленные самостоятельные химические соединения, а элементы с малыми кларками рассеяны, преимущественно, среди химических соединений других элементов. Элементы, кларки которых меньше 0,01%, называют редкими.
Основными соединениями, образующими литосферу, являются диоксид кремния, силикаты и алюмосиликаты. Бóльшую часть литосферы составляют кристаллические вещества, образовавшиеся при охлаждении магмы – расплавленного вещества в глубинах Земли. При остывании магмы образовывались и горячие растворы. Проходя по трещинам в окружающих горных породах, они охлаждались и выделяли содержащиеся в них вещества.
Поскольку некоторые минералы стабильны только при определенных условиях, при изменении температуры и давления они распадаются. Например, ряд силикатов, образующихся глубоко в коре при высоких температуре и давлении, становятся неустойчивыми, когда попадают на поверхность Земли. С другой стороны, на большой глубине под действием внутреннего тепла Земли и повышенного давления многие горные породы меняют свой вид, образуя новые кристаллические формы.
Поверхность континентальной коры подвержена действию атмосферы и гидросферы, что выражается в процессах выветривания. Физическое выветривание является механическим процессом, в результате которого порода размельчается до частиц меньшего размера без существенных изменений в химическом составе. Химическое выветривание приводит к образованию новых веществ, оно происходит под действием влаги, особенно подкисленной, и некоторых газов (например, кислорода), разрушающих минералы.
Простейший процесс выветривания – это растворение минералов. Вода вызывает разрыв ионных связей, соединяющих, например, катионы натрия и хлорид ионы в галите NaCl. В этом процессе не участвуют катионы водорода, поэтому он не зависит от рН.
При разрушении веществ, содержащих элементы в низких степенях окисления, например, сульфидов, большую роль играет кислород. В эти процессы часто вовлечены микроорганизмы. Так, окисление пирита FeS 2 можно моделировать следующим рядом реакций. Сначала окисляется сера(–I):
2FeS 2 + 2H 2 O + 7O 2 = 4H + + 4SO 4 2– + 2Fe 2+
Затем следует окисление железа(II), катализируемое железоокисляющими бактериями:
4Fe 2+ + O 2 + 6H 2 O = 4FeO(OH) + 8H +
Образующийся гетит FeO(OH) покрывает дно ручьев в виде характерного желто-оранжевого налета.
Железоокисляющие бактерии извлекают энергию при окислении неорганических веществ, поэтому они развиваются там, где нет органических соединений, используя в качестве источника углерода СО 2 . Однако окисление железа – не очень эффективный способ выработки энергии: для получения 1 г клеточного углерода должно быть окислено примерно 220 г железа(II). В результате там, где живут железоокисляющие бактерии, образуются большие отложения соединений железа(III).
Выветривание карбонатных минералов, например CaCO 3 , происходит при взаимодействии с кислотами, содержащимися в воде за счет поглощения диоксида углерода, а также антропогенного диоксида серы. При этом поверхностные воды нейтрализуются и обогащаются гидрокарбонат-ионами:
CaCO 3 + H 2 CO 3 = Ca 2+ + 2HCO 3 –
Разрушение силикатов, например Mg 2 SiO 4 (форстерит) можно описать следующим уравнением:
Mg 2 SiO 4 + 4H 2 CO 3 = 2Mg 2+ + 4HCO 3 – + H 4 SiO 4
Реакция идет за счет образования чрезвычайно слабой ортокремниевой кислоты, при этом минерал со временем полностью растворяется. Однако при выветривании более сложных силикатов растворимыми оказываются не все продукты. В общем случае в результате выветривания образуются, в основном, кварц и глинистые минералы – водосодержащие слоистые алюмосиликаты. Например, при выветривании CaAl 2 Si 2 O 8 (анортит) твердым продуктом реакции является глинистый минерал каолинит:
CaAl 2 Si 2 O 8 + 2H 2 CO 3 + H 2 O = Ca 2+ + 2HCO 3 – + Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4
На скорость выветривания влияет биосфера (где создается диоксид углерода), а также рельеф суши и климат, состав воды, тип материнской породы и кинетика реакций с участием отдельных минералов. Так, во влажных тропиках выветривание происходит быстрее. Это связано с тем, что высокие температуры ускоряют реакции, а постоянные ливни делают возможным быстрое вымывание и снос в моря и океаны даже практически нерастворимых соединений, например, оксидов алюминия и железа.
Продукты выветривания образуют рыхлые континентальные отложения, мощность которых меняется от 10–20 см на крутых склонах до десятков метров на равнинах и сотен метров – во впадинах. Средний минералогический состав рыхлого покрова суши заметно отличается от состава земной коры континентов (рис. 3).
На рыхлых покровных отложениях сформировались почвы, играющие важнейшую роль во взаимодействии живых организмов с земной корой. В почвах систематически консервируется значительная масса органического вещества, синтезированного высшими растениями. Окисление органического вещества в почвах катализируется ферментами микроорганизмов, при этом образуется диоксид углерода, который при взаимодействии с водой дает слабую угольную кислоту. Это может понизить рН почв до 4–5, что оказывает существенное влияние на процессы выветривания. Почва участвует в круговороте азота, серы и фосфора, а также многих металлов. Поэтому проблема охраны почв имеет большое значение.
На ранних этапах истории человечества деятельность людей почти не затрагивала глубины Земли. Однако с началом бурного развития промышленности резко возросли потребности человека в полезных ископаемых. Их добыча и переработка начали оказывать вредное воздействие на природу. При разработке открытых горных выработок образуется много пыли, загрязняющей окрестности. Огромные площади занимают отвалы «пустой» породы, образующиеся при добыче твердых полезных ископаемых. Откачка воды из горных выработок приводит к образованию подземных пустот. Многие горнодобывающие предприятия сбрасывают в реки недостаточно очищенные стоки, что ведет к загрязнению природных вод. В окружающую среду попадают вредные вещества из отвалов этих предприятий. Немало опасных веществ рассеивается при транспортировке руд и продуктов их переработки.
Загрязнение окружающей среды в результате добычи и переработки полезных ископаемых можно уменьшить, если использовать достижения науки и более совершенные технологии.
Елена Савинкина
Литосфера – наружная твердая оболочка Земли, включающая земную кору и верхнюю часть мантии. Литосфера включает осадочные, изверженные и метаморфические породы.
Нижняя граница литосферы нечеткая и определяется по уменьшению вязкости среды, скорости сейсмических волн и повышению теплопроводности. Литосфера охватывает земную кору и верхнюю часть мантии толщиной несколько десятков километров до астеносферы, в которой изменяется пластичность пород. Основные способы определения границы между верхней границей литосферы и астеносферой – магнитотеллурический и сейсмологический.
Толщина литосферы под океанами составляет от 5 до 100 км (максимальное значение на периферии океанов, минимальное – под Срединно-океаническими хребтами), под материками – 25-200 км (максимум – под древними платформами, минимум – под сравнительно молодыми горными массивами, вулканическими дугами). Строение литосферы под океанами и континентами имеет существенные различия. Под материками в структуре земной коры литосферы различают осадочный, гранитный и базальтовый слои, толщина которых в целом достигает 80 км. Под океанами земная кора неоднократно подвергалась процессам частичного плавления в ходе формирования океанической коры. Поэтому она обеднена легкоплавкими редкими соединениями, лишена гранитного слоя, а толщина ее значительно меньше, чем континентальной части земной коры. Толщина астеносферы (слоя размягченных, тестообразных горных пород) составляет около 100-150 км.
Образование атмосферы, гидросферы и земной коры
Образование произошло в ходе высвобождения веществ из верхнего слоя мантии молодой Земли. В настоящее время на океаническом дне в срединных хребтах продолжается процесс образования земной коры, что сопровождается выделением газов и небольших объемов воды. В составе современной земной коры в большой концентрации присутствует кислород, далее по процентному содержанию следуют кремний и алюминий. В основном, литосферу формируют такие соединения, как диоксид кремния, силикаты, алюмосиликаты. В формировании большей части литосферы принимали участие кристаллические вещества магматического происхождения. Они образовались при остывании вышедшей на поверхность Земли магмы, которая в недрах планеты находится в расплавленном состоянии.
В холодных областях мощности литосферы наибольшие, а в теплых – наименьшие. Мощность литосферы может повышаться при общем понижении плотности теплового потока. Верхний слой литосферы упругий, а нижний пластичный по характеру реакции на постоянно воздействующие нагрузки. В тектонически активных участках литосферы выделяют горизонты сниженной вязкости, где сейсмические волны проходят с более низкой скоростью. По мнению ученых, по данным горизонтам одни слои по отношению к другим «проскальзывают». Этот феномен называют расслоением литосферы. В структуре литосферы различают подвижные участки (складчатые пояса) и сравнительно стабильные области (платформы). По относительно пластичной астеносфере передвигаются блоки литосферы (литосферные плиты), достигающие в поперечнике размеров от 1 до 10 тысяч километров. В настоящее время литосфера делится на семь главных и ряд малых плит. Границами, отделяющими плиты друг от друга, являются зоны максимальной вулканической и сейсмической активности.