Из чего состоит земная кора?

Температура земной коры

Важным энергетическим источником для обитателей Земли является тепло ее коры.
Температура увеличивается по мере углубления в нее. Самый близкий к поверхности 30-метровый слой, именуемый гелиометрическим, связан с теплом солнца и колеблется в зависимости от сезона.

В следующем, более тонком слое, который увеличивается в континентальном климате, температура постоянна и соответствует показателям конкретного места измерения.
В геотермическом слое коры температура связана с внутренним теплом планеты и растет по мере углубления в нее. Она в разных местах разная и зависит от состава элементов, глубины и условий их расположения.

Считается, что температура в среднем повышается на три градуса по мере углубления на каждые 100 метров. В отличие от континентальной части температура под океанами растет быстрее.
После литосферы располагается пластичная высокотемпературная оболочка, температура, которой составляет 1200 градусов. Называется она астеносферой. В ней есть места с расплавленной магмой.

Проникая в земную кору, астеносфера может изливать расплавленную магму, вызывая явления вулканизма.

Метод измерения теплового потока для изучения строения пла­нет

Еще один путь изучения глубинного строения Земли — это изучение ее теплового потока. Известно, что Земля, го­рячая изнутри, отдает свое тепло. О нагреве глубоких гори­зонтов свидетельствуют извержения вулканов, гейзеры, го­рячие источники. Тепло — главный энергетический источник Земли.

Прирост температуры с углублением от поверхно­сти Земли в среднем составляет около 15° С на 1 км. Это значит, что на границе литосферы и астеносферы, располо­женной примерно на глубине 100 км, температура должна быть близкой к 1500° С. Установлено, что при такой темпера­туре происходит плавление базальтов. Это означает, что астеносферная оболочка может служить источником магмы ба­зальтового состава.

С глубиной изменение температуры про­исходит по более сложному закону и находится в зависи­мости от изменения давления. Согласно расчетным данным, на глубине 400 км температура не превышает 1600° С и на границе ядра и мантии оценивается в 2500—5000° С.

Установлено, что выделение тепла происходит постоян­но по всей поверхности планеты. Тепло — важнейший физи­ческий параметр. От степени нагрева горных пород зависят некоторые их свойства: вязкость, электропроводность, магнитность, фазовое состояние. Поэтому по термическому состоянию можно судить о глубинном строении Земли.

Изме­рение температуры нашей планеты на большой глубине — задача технически сложная, так как измерениям доступны лишь первые километры земной коры. Однако внутренняя температура Земли может быть изучена косвенным путем при измерениях теплового потока.

Несмотря на то, что основным источ­ником тепла на Земле является Солнце, суммарная мощность теплового потока нашей планеты превышает в 30 раз мощность всех электростанций Земли.

Измерения показали, что средний тепловой поток на кон­тинентах и в океанах одинаков. Этот результат объясняется тем, что в океанах большая часть тепла (до 90%) поступает из мантии, где интенсивнее происходит процесс переноса вещества движущимися потоками — конвекцией.

Внутренняя температура Земли. Чем ближе к ядру, тем больше наша планета походит на Солнце!

Конвек­ция — процесс, при котором разогретая жидкость расширяет­ся, становясь легче, и поднимается, а более холодные слои опускаются. Поскольку мантийное вещество ближе по сво­ему состоянию к твердому телу, конвекция в нем протека­ет в особых условиях, при невысоких скоростях течения ма­териала.

Какова же тепловая история нашей планеты? Ее пер­воначальный разогрев, вероятно, связан с теплом, образован­ным при соударении частиц и их уплотнении в собственном поле силы тяжести. Затем тепло явилось результатом радио­активного распада. Под воздействием тепла возникла слои­стая структура Земли и планет земной группы.

Радиоактив­ное тепло в Земле выделяется и сейчас. Существует гипоте­за, согласно которой на границе расплавленного ядра Земли продолжаются и поныне процессы расщепления вещества с выделением огромного количества тепловой энергии, разо­гревающей мантию.

Континентальная кора[править]

Континентальная кора имеет трёхслойное строение. Верхний слой представлен прерывистым покровом осадочных пород, который развит широко, но редко имеет большую мощность. Большая часть коры сложена верхней корой — слоем, состоящим главным образом из гранитов и гнейсов, обладающим низкой плотностью и древней историей. Исследования показывают, что большая часть этих пород образовались очень давно, около 3 миллиардов лет назад. Ниже находится нижняя кора, состоящая из мафических пород — гранулитов и им подобных.

Состав верхней континентальной корыправить

Определение состава верхней континентальной коры стало одной из первых задач, которую взялась решать молодая наука геохимия. Собственно из попыток решения этой задачи и появилась геохимия. Эта задача весьма сложна, поскольку земная кора состоит из множества пород разнообразного состава. Даже в пределах одного геологического тела состав пород может сильно варьировать. В разных районах могут быть распространены совершенно разные типы пород. В свете всего этого и возникла задача определения общего, среднего состава той части земной коры, что выходит на поверхность на континентах. С другой стороны, сразу же возник вопрос о содержательности этого термина.

Первая оценка состава верхней земной коры была сделана Кларком. Кларк был сотрудником геологической службы США и занимался химическим анализом горных пород. Поле многих лет аналитических работ, он обобщил результаты анализов и рассчитал средний состав пород. Он предположил, что многие тысячи образцов, по сути, случайно отобранных, отражают средний состав земной коры (см. Кларки элементов). Эта работа Кларка вызвала фурор в научном сообществе. Она подверглась жёсткой критике, так как многие исследователи сравнивали такой способ с получением «средней температуры по больнице, включая морг». Другие исследователи считали, что этот метод подходит для такого разнородного объекта, каким является земная кора. Полученный Кларком состав земной коры был близок к граниту.

Следующую попытку определить средний состав земной коры предпринял Виктор Гольдшмидт. Он сделал предположение, что ледник, двигающийся по континентальной коре, соскребает все выходящие на поверхность породы, смешивает их. В результате породы, отлагающиеся в результате ледниковой эрозии, отражают состав средней континентальной коры. Гольдшмидт проанализировал состав ленточных глин, отлагавшихся в Балтийском море во время последнего оледенения. Их состав оказался удивительно близок к среднему составу, полученному Кларком. Совпадение оценок, полученных столь разными методами, стало сильным подтверждением геохимических методов.

Впоследствии определением состава континентальной коры занимались многие исследователи. Широкое научное признание получили оценки Виноградова, Ведеполя, Ронова и Ярошевского.

Некоторые новые попытки определения состава континентальной коры строятся на разделении её на части, сформированные в различных геодинамических обстановках.

Граница между верхней и нижней коройправить

Для изучения строения земной коры применяются косвенные геохимические и геофизические методы, но непосредственные данные можно получить в результате глубинного бурения. При проведении научного глубинного бурения часто ставится вопрос о природе границы между верхней (гранитной) и нижней (базальтовой) континентальной корой. Для изучения этого вопроса в СССР была пробурена Саатлинская скважина. В районе бурения наблюдалась гравитационная аномалия, которую связывали с выступом фундамента. Но бурение показало, что под скважиной находится интрузивный массив. При бурении Кольской сверхглубокой скважины граница Конрада также не была достигнута.
Недавно в печати обсуждалась возможность проникновения к границе Мохоровичича и в верхнюю мантию с помощью самопогружающихся вольфрамовых капсул, обогреваемых теплом распадающихся радионуклидов (M.I. Ojovan, F.G.F. Gibb, P.P. Poluektov, E.P. Emets. Probing of the interior layers of the Earth with self-sinking capsules. Atomic Energy, 99, No. 2, 556-562 (2005)).

4. Основные тектонические структуры

По ин­тен­сив­но­сти и ха­рак­те­ру тек­то­ни­че­ских дви­же­ний вы­де­ля­ют от­но­си­тель­но устой­чи­вые и от­но­си­тель­но по­движ­ные участ­ки зем­ной коры. Пер­вые  на­зы­ва­ют­ся плат­фор­ма­ми, дру­гие – склад­ча­ты­ми по­я­са­ми (или об­ла­стя­ми склад­ча­то­сти). (см. рис. 10)

Рис. 10. Ос­нов­ные тек­то­ни­че­ские струк­ту­ры

Склад­ча­тые пояса – от­но­си­тель­но по­движ­ные участ­ки зем­ной коры. Гор­ные по­ро­ды за­ле­га­ют в виде более или менее хо­ро­шо со­хра­нив­ших­ся скла­док,  ослож­нен­ных раз­ло­ма­ми и внед­ре­ни­я­ми маг­ма­ти­че­ских пород. 

В пре­де­лах склад­ча­тых по­я­сов более ярко про­яв­ля­ет­ся внут­рен­няя ак­тив­ность земли. Ам­пли­ту­да вер­ти­каль­ных дви­же­ний может до­сти­гать де­ся­ти или более ки­ло­мет­ров ско­ро­сти под­ня­тия и опус­ка­ний от несколь­ких мил­ли­мет­ров до несколь­ких  сан­ти­мет­ров в год. Про­цесс со­про­вож­да­ет­ся об­ра­зо­ва­ни­ем скла­док и раз­ло­мов зем­ной коры, вул­ка­низ­мом и зем­ле­тря­се­ни­я­ми. В ре­лье­фе склад­ча­тые об­ла­сти со­от­вет­ству­ют горам. 

Плат­фор­мы — это от­но­си­тель­но устой­чи­вые участ­ки зем­ной коры

Плат­фор­ма имеет стро­е­ние: ос­но­ва­ние – это склад­ча­тый фун­да­мент, со­сто­я­щий из древ­них маг­ма­ти­че­ских и ме­та­мор­фи­че­ских гор­ных пород, и верх­ний ярус – чехол оса­доч­ных гор­ных пород, за­ле­га­ю­щих го­ри­зон­таль­но. На плат­фор­ме вы­де­ля­ют­ся – Щиты и плиты. Щиты – это участ­ки вы­хо­да на по­верх­ность древ­них кри­стал­ли­че­ских пород фун­да­мен­та плат­фор­мы (оса­доч­ный чехол прак­ти­че­ски от­сут­ству­ет). Плита – уча­сток плат­фор­мы с двухъ­ярус­ным стро­е­ни­ем. Как пра­ви­ло,  в ре­лье­фе плат­фор­мы со­от­вет­ству­ют рав­ни­нам.

Рис. 11. Стро­е­ние плат­фор­мы (Ис­точ­ник)

В целом раз­ви­тие зем­ной коры шло по сле­ду­ю­щей схеме: по­движ­ные участ­ки зем­ной коры ста­но­ви­лись ма­ло­по­движ­ны­ми, то есть на месте склад­ча­тых по­я­сов об­ра­зо­вы­ва­лись плат­фор­мен­ные об­ла­сти.  Рас­ши­ре­ние плат­фор­мен­ных об­ла­стей и  склад­ча­тых по­я­сов шло от­дель­ны­ми толч­ка­ми. Ис­то­рия фор­ми­ро­ва­ния зем­ной коры раз­би­ва­ет­ся на ряд от­рез­ков,  ко­то­рые на­зы­ва­ют­ся эпо­ха­ми склад­ча­то­сти. Каж­дая из таких эпох дли­лась около 150 млн лет.(см. рис.12)

 

Рис. 12. Эпохи склад­ча­то­сти

По­доб­но склад­ча­тым по­я­сам, плат­фор­мы также имеют раз­лич­ный воз­раст. Он опре­де­ля­ет­ся по воз­рас­ту их фун­да­мен­та. Вы­де­ля­ют­ся  мо­ло­дые и древ­ние плат­фор­мы.( см. рис.13)

Рис. 13. Виды плат­форм

Рас­по­ло­же­ние плат­форм и склад­ча­тых об­ла­стей мы можем узнать по тек­то­ни­че­ской карте Рос­сии. Цве­то­вым фоном по­ка­за­ны те или иные тек­то­ни­че­ские струк­ту­ры,  со­от­вет­ству­ю­щие тем или иным нашей стране. На­при­мер,  се­ве­ро-во­сток нашей стра­ны по­ка­зан зе­лё­ным цве­том, что со­от­вет­ству­ет ме­зо­зой­ской эпохе склад­ча­то­сти. (см. рис. 14)

Рис. 14. Тек­то­ни­че­ская карта Рос­сии

От  стро­е­ния зем­ной коры за­ви­сит ре­льеф тер­ри­то­рии, а также на­ли­чие по­лез­ных ис­ко­па­е­мых.

Высокие слои

  • Стратосфера
    — озоновый слой планеты, который поглощает ультрафиолетовое излучение Солнца, не давая ему погубить все живое. Воздух в стратосфере разрежен. Озон сохраняет стабильную температуру в этой части атмосферы от — 50 до 55 о С. В стратосфере незначительная часть влаги, поэтому облака и осадки для нее не характерны, в отличие от значительных по скорости воздушных течений.
  • Мезосфера, термосфера, ионосфера
    — воздушные слои Земли над стратосферой, в которых наблюдается снижение плотности и температуры атмосферы. Слой ионосферы — место возникновения свечения заряженных газовых частиц, которые именуют полярным сиянием.
  • Экзосфера
    — сфера рассеивания газовых частиц, размытая граница с космосом.

Внутреннее строение и состав земной коры

Знаменитый французский писатель Жюль Верн написал немало научно-фантастических книг. Фантастикой они были в его время, в современном мире они стали реальностью. Например, «80000 километров под водой» и даже роман «Из пушки на Луну» частично воплотился в жизнь. Но не все идеи писателя стали реальностью. Так, например, прошло более 100 лет с того дня как вышла его книга «Путешествие к центру Земли», но о таком путешествии и в наше время можно только мечтать.

Пока еще о внутреннем строении Земли мы знаем очень мало. В самом деле, самая глубокая буровая скважина около 12 км – примерно в тысячу раз меньше, чем радиус Земли. Это ничтожная глубина по сравнению с размерами нашей планеты.

Из каких же пород состоит наша планета, в каком они состоянии – твердом или жидком?

Об этом ученые только догадываются. Правда, используя геофизические методы, сложилось определенная теория о внутреннем строении Земли. Наиболее достоверные данные были получены при применении сейсмических методов. На земной поверхности совершают взрыв, и происходит распространение колебаний. Специальное оборудование регистрирует эти движения. Сейсмические волны, проходят через разные породы с различной скоростью. Например, для осадочных пород она будет составлять 3 км в секунду, а для гранита приблизительно 5 км в секунду.

Какой информацией мы располагаем о внутреннем строении Земли?

Предполагают, что возможно выделить несколько слоев: земная кора, мантия и ядро Земли. 

Сверху планеты расположена литосфера. Первая ее часть стала именоваться земная кора. По ней мы ходим, на ней построены города и поселки, здесь текут реки.

Особенностью строения земной коры является ее небольшая глубина примерно до 1200 км. Однако мощность ее не везде одинаковая. Под материком земная кора более массивна и поэтому имеет сложное строение. Под океаном имеет небольшую толщину.

В состав земной коры входят горные породы различного происхождения. Некоторые породы более твердые, иные – рассыпчатые, но все они считаются элементами земной коры.

Химический состав земной коры представлен на рисунке.

Нам может казаться, что верхняя часть неподвижная. Однако земная кора регулярно пребывает в движении. Они очень медленные и мы их не всегда замечаем.

Для изучения внутреннего строения земной коры в ней бурят различные скважины. Именно по ним ученые выяснили строение и состав земной коры.

Верхняя область Земли переходит в мантию. Она простирается почти на 3000 км вглубь. Предполагают, что мантия Земли твердая и в то же время пластичная, раскаленная. С продвижением вглубь увеличивается температура.

Самой внутренней частью Земли является ядро. Считается, что температура ядра Земли достигает 4000 С, поэтому наружная часть жидкая и вязкая. Внутри ядро Земли состоит из железа, находится в твердом состоянии.

Химический состав и структура Земли

Земля неоднородная, поскольку ученым удалось выделить несколько слоев, отличающихся по физическим, а также химическим параметрам. Она принадлежит к планетам земной группы (расположенным во внутренней области Солнечной системы).

Структура Земли в масштабе

Структура по химическим параметрам:

  • земная кора;
  • мантия (верхняя и нижняя);
  • ядро (внешнее и внутреннее).

Интересный факт: толщина земной коры под водами – 5-10 км, а под материками – 35-45 км.

Структура по физическим параметрам:

  • литосфера;
  • астеносфера;
  • мезосфера;
  • ядро.

В массе планеты преобладает железо (32,1%), кислород (30,1%), кремний (15,1%), магний (13,9%), а также сера, никель, кальций, алюминий. Доля прочих веществ составляет около 1,2%.

Толщина слоев Земли

Ядро (центр планеты) отличается высокой плотностью. Оно состоит преимущественно из железа и никеля. Внутренняя часть твердая, а внешняя – жидкая. По предварительным предположениям, радиус внутреннего ядра – 1200 км, а внешнего – примерно 2200 км.

Мантия – самый толстый слой. В ее составе преобладают силикатные породы с большим количеством железа, магния. Вещество твердое, невзирая на температуру – всему виной высокое давление. Лишь некоторые слои мантии отличаются вязкостью и пластичностью.

Океаническая и материковая кора разительно отличаются свойствами и составом. Океаническая кора образуется в основном базальтом – железо-магниевой силикатной породой. Материковая состоит из кислорода, кремния, алюминия и других веществ.

Жесткая оболочка

Как называется слой Земли, который является самым твердым? Это — литосфера, оболочка, которая связывает мантию и земную кору, находится она над астеносферой, и зачищает поверхностный слой от ее горячего влияния. Основная часть литосферы входит в состав мантии: из всей толщины от 79 до 250 км, на земную кору приходится 5-70 км, в зависимости от места расположения. Литосфера неоднородна, она разделена на литосферные плиты, которые находятся в постоянном медленном движении, то расходясь, то приближаясь друг к другу. Такие колебания литосферных плит называют тектоническим движением, именно быстрые их толчки вызывают землетрясения, расколы земной коры, выплескивание магмы на поверхность. Перемещение литосферных плит ведет к образованию желобов или возвышенностей, застывшая магма образует горные хребты. Плиты не имеют постоянных границ, они соединяются и разделяются. Территории поверхности Земли, над разломами тектонических плит — это места повышенной сейсмической активности, где чаще, чем в других происходят землетрясения, извержения вулканов, образуются полезные ископаемые. На данное время зафиксировано 13 литосферных плит, самые большие из них: Американская, Африканская, Антарктическая, Тихоокеанская, Индо-Австралийская и Евроазиатская.

Строение литосферы

Термин «литосфера» был введен американским геологом Дж. Бареллом и свое происхождение берет от греческого слова «литос» — камень. Литосфера включает в себя  земную кору и твердую часть мантии,  соприкасающейся с астеносферой.

Земная кора – верхний слой литосферы, включающая в себя почти все элементы периодической таблицы Менделеева. 

Толщина и строение земной коры под океанами и континентами различаются. Глубина континентальной коры составляет 40-70 км, океаническая тоньше — показатель редко доходит до 15 км, поэтому континентальная как бы находится над уровнем моря. 

Континентальная кора – трехслойна. Верхний слой представлен осадочными породами, 2-ой — гранитом либо гнейсами, 3-ий состоит из базальта и  остальных метаморфических пород. У океанической коры средний слой отсутствует. Возрастные  показатели большей части пород материковой коры указывают на ее «преклонный» возраст относительно океанической коры. 

В основе земной коры лежат  горные породы и ископаемые. Горные породы представляют собой  естественные соединения множества минералов. Выделяют 3 вида горных пород:

  1. Магматические. Образуются путем кристаллизации магмы под высокой  температурой и давлением:
    • глубинные ( интрузивные) – затвердение происходит в толще коры (гранит)
    • излившиеся (эффузивные) –  затвердение происходит вследствие извержения магмы на поверхность  (базальт)
  2. Осадочные. Образуются путем скопления осадков на земной поверхности. Физико-химические изменения ранее образованных пород  дает начальный материал осадочным породам: 
    • обломочные —  образуются из пород, которые подверглись механическому воздействию, перемещению и отложению;
    • химические – формируются из веществ с хорошей растворимостью, в основном соли;
    • органические – появляются путем разложения живых организмов;
  3. Метаморфические  —   являются следствием  изменения других горных пород под действием температуры и давления на глубине.

В недрах земли расположено скопление минералов и горных пород – полезные ископаемые.На поверхности или в земных недрах полезные ископаемые находятся в 3 физических состояниях: жидкие (нефть, мин. воды), твердые (руды, металлы), газообразные (природный газ). В зависимости от составляющих компонентов полезные ископаемые различают: горючие (газ, уголь), металлические (свинец, медь) и неметаллические( известняк, глина).

Исчерпаемый  предел некоторых видов полезных ископаемых требует рационального использования в нуждах человечества.

Внутреннее строение

Удивительно, но о внутреннем строении Земли мы знаем намного меньше, чем, например, о некоторых тайнах космоса.В основном люди хорошо знаю строение земной коры, которая состоит из огромного количества минералов и горных пород, а о строении внутренних слоев мы знаем намного меньше.

Наша планета разделена на 3 оболочки:

  • Земная кора. Самая тонкая оболочка
  • Мантия.Окружает ядро. Мантия заполняет собой 83% Земли. Температура здесь может достигать 2000 градусов. Учебные делят мантию на 2 дополнительных слоя: верхняя мантия — до глубины 900 км, и нижняя мантия — до глубины 2900 км. Внутреннее вещество мантии магма. Оно извергается из вулканов.
  • Ядро (внешнее и внутреннее). Температура здесь колеблется от 2000 до 6000 градусов. Радиус ядра Земли равен 3470 км. Здесь собрано большое количество железа. Разделение ядра на внутреннюю и внешнюю часть является чисто теоретическим. Ученые полагают, что внешняя оболочка расплавленная, а внутренняя — твёрдая.

Даже первичное изучение карты (атласа или глобуса) позволяет заметить, что суша и вода объединяются в гигантские массивы: для суши это континенты, а для воды — океаны. Это не случайно. Такое строение становится возможным из-за специфики строения земной коры.

Земная кора

Земная кора расположения в верхней части литосферы. Она представляет собой тонкую пленку, максимальная толщина которой может достигать 70 км. Несмотря на это состав и строение коры Земли очень сложное и разнообразное. Земная кора неоднородна по своему строению и содержанию. Специфика строения коры, ее толщина и состав во многом зависят от того, к какому типу суши она относится. Земную кору можно разделить на 2 больших класса: материковая и океаническая. Таблица: Литосфера и ее строение

Параметр сравнения Океаническая земная кора Материковая земная кора
Расположение Под океанами Под материками и частично затрагивает океаны
Толщина (мощность) 3-7 км В среднем 30-40 км. Под Тибетом до 70 км.
Строение (слои горных пород) Состоит из 2-х слоев: сверху осадочный, а под ним базальтовый. Состоит из 3- слоев: сверху — осадочный, ниже — гранитный, еще ниже — базальтовый.

Земная кора изучается следующими способами:

  • по горным породам, видимым на крупных склонах
  • бурение скважин
  • сейсмология
  • наблюдение из космоса
Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий