Земная кора в научном понимании представляет собой самую верхнюю и твердую геологическую часть оболочки нашей планеты.

Научные исследования позволяют изучить ее досконально. Этому способствуют многократные бурения скважин как на континентах, так и на океанском дне. Строение земли и земной коры на различных участках планеты отличаются и и по составу, и по характеристикам. Верхней границей земной коры является видимый рельеф, а нижней - зона разделения двух сред, которая также известна как поверхность Мохоровичича. Часто ее называют просто "граница М". Это наименование она получила благодаря хорватскому сейсмологу Мохоровичичу А. Он долгие годы наблюдал за скоростью сейсмических движений в зависимости от уровня глубины. В 1909 году он установил наличие разницы между земной корой и раскаленной мантией Земли. Граница М пролегает на том уровне, где скорость сейсмических волн повышается с 7.4 до 8.0 км/с.

Химический состав Земли

Изучая оболочки нашей планеты, ученые делали интересные и даже потрясающие выводы. Особенности строения земной коры делают ее схожей с такими же участками на Марсе и Венере. Более чем 90 % составляющих элементов ее представлены кислородом, кремнием, железом, алюминием, кальцием, калием, магнием, натрием. Сочетаясь между собой в различных комбинациях, они образуют однородные физические тела - минералы. Они могут войти в состав горных пород в разных концентрациях. Строение земной коры весьма неоднородно. Так, горные породы в обобщенном виде представляют собой агрегаты более-менее постоянного химического состава. Это самостоятельные геологические тела. Под ними понимается четко очерченная область земной коры, имеющая в своих границах одинаковое происхождение, возраст.

Горные породы по группам

1. Магматические. Название говорит само за себя. Они возникают из остывшей магмы, вытекающей из жерла древних вулканов. Строение этих пород напрямую зависит от скорости застывания лавы. Чем она больше, тем меньше кристаллы вещества. Гранит, например, сформировался в толще земной коры, а базальт появился в результате постепенного излияния магмы на ее поверхность. Многообразие таких пород довольно велико. Рассматривая строение земной коры, мы видим, что она состоит из магматических минералов на 60 %.

2. Осадочные. Это породы, которые стали результатом постепенного отложения на суше и дне океана обломков тех или иных минералов. Это могут быть как рыхлые компоненты (песок, галька), сцементированные (песчаник), остатки микроорганизмов (каменный уголь, известняк), продукты химических реакций (калийная соль). Они составляют до 75 % всей земной коры на материках.
По физиологическому способу образования осадочные породы делятся на:

• Обломочные. Это остатки различных горных пород. Они разрушались под воздействием природных факторов (землетрясение, тайфун, цунами). К ним можно отнести песок, гальку, гравий, щебень, глину.
• Химические. Они постепенно образуются из водных растворов тех или иных минеральных веществ (соли).
• Органические или биогенные. Состоят из останков животных или растений. Это горючие сланцы, газ, нефть, уголь, известняк, фосфориты, мел.

3. Метаморфические породы. В них могут превращаться другие компоненты. Это происходит под воздействием изменяющейся температуры, большого давления, растворов или газов. Например, из известняка можно получить мрамор, из гранита - гнейс, из песка - кварцит.

Минералы и горные породы, которые человечество активно использует в своей жизнедеятельности, называются полезными ископаемыми. Что они собой представляют?

Это природные минеральные образования, которые влияют на строение земли и земной коры. Они могут использоваться в сельском хозяйстве и промышленности как в естественном виде, так и подвергаясь переработке.

Виды полезных минералов. Их классификация

В зависимости от физического состояния и агрегации, полезные ископаемые можно разделить на категории:

1. Твердые (руда, мрамор, уголь).
2. Жидкие (минеральная вода, нефть).
3. Газообразные (метан).

Характеристики отдельных видов полезных ископаемых

По составу и особенностям применения различают:

1. Горючие (уголь, нефть, газ).
2. Рудные. Они включают радиоактивные (радий, уран) и благородные металлы (серебро, золото, платина). Есть руды черных (железо, марганец, хром) и цветных металлов (медь, олово, цинк, алюминий).
3. Нерудные полезные ископаемые играют существенную роль в таком понятии, как строение земной коры. География их обширна. Это неметаллические и негорючие горные породы. Это строительные материалы (песок, гравий, глина) и химические вещества (сера, фосфаты, калийные соли). Отдельный раздел посвящен драгоценным и поделочным камням.

Распределение полезных ископаемых по нашей планете напрямую зависит от внешних факторов и геологических закономерностей.

Так, топливные полезные ископаемые в первую очередь добываются в нефтегазоносных и угольных бассейнах. Они имеют осадочное происхождение и формируются на осадочных чехлах платформ. Нефть и уголь крайне редко залегают вместе.

Рудные полезные ископаемые чаще всего соответствуют фундаменту, выступам и складчатым областям платформенных плит. В таких местах они могут создавать огромные по протяженности пояса.

Ядро

Внешнее ядро находится в расплавленном состоянии и имеет еще большую мощность, чем внутреннее. Последнее подвергается колоссальному давлению. Вещества, из которых оно состоит, находятся в постоянном твердом состоянии.

Мантия

Геосфера Земли окружает ядро и составляет около 83 процентов от всей оболочки нашей планеты. Нижняя граница мантии находится на огромной глубине почти 3000 км. Данную оболочку принято условно разделять на менее пластичную и плотную верхнюю часть (именно из нее образуется магма) и на нижнюю кристаллическую, ширина которой составляет 2000 километров.

Состав и строение земной коры

Для того чтобы говорить о том, какие элементы входят в состав литосферы, нужно дать некоторые понятия.

Земная кора - это самая внешняя оболочка литосферы. Ее плотность меньше в два раза по сравнению со средней плотностью планеты.

От мантии земная кора отделена границей М, о которой уже говорилось выше. Так как процессы, происходящие на обоих участках, взаимно влияют друг на друга, их симбиоз принято называть литосферой. Это означает "каменная оболочка". Ее мощность колеблется в пределах 50-200 километров.

Ниже литосферы расположена астеносфера, которая обладает менее плотной и вязкой консистенцией. Ее температура составляет около 1200 градусов. Уникальной особенностью астеносферы является возможность нарушать свои границы и проникать в литосферу. Она является источником вулканизма. Здесь находятся расплавленные очаги магмы, которая внедряется в земную кору и изливается на поверхность. Изучая эти процессы, ученые смогли сделать много удивительных открытий. Именно так изучалось строение земной коры. Литосфера была сформирована много тысяч лет назад, но и сейчас в ней происходят активные процессы.

Структурные элементы земной коры

По сравнению с мантией и ядром, литосфера - это жесткий, тонкий и очень хрупкий слой. Она сложена из комбинации веществ, в составе которых на сегодняшний день обнаружено более 90 химических элементов. Они распределены неоднородно. 98 процентов массы земной коры приходится на семь составляющих. Это кислород, железо, кальций, алюминий, калий, натрий и магний. Возраст самых древних пород и минералов составляет более 4.5 миллиардов лет.

Изучая внутреннее строение земной коры, можно выделить различные минералы.
Минерал - сравнительно однородное вещество, которое может находиться как внутри, так и на поверхности литосферы. Это кварц, гипс, тальк и т.д. Горные породы слагаются из одного или нескольких минералов.

Процессы, формирующие земную кору

Строение океанической земной коры

Данная часть литосферы преимущественно состоит из базальтовых пород. Строение океанической земной коры изучено не так досконально, как континентальное. Теория тектонических плит объясняет, что океаническая земная кора является относительно молодой, а самые ее последние участки можно датировать поздней юрой.
Ее толщина практически не изменяется со временем, так как она определяется количеством расплавов, выделяющихся из мантии в зоне срединно-океанических хребтов. На нее существенно влияет глубина осадочных слоев на дне океана. В наиболее объемных участках она составляет от 5 до 10 километров. Данный вид земной оболочки относится к океанической литосфере.

Континентальная кора

Литосфера взаимодействует с атмосферой, гидросферой и биосферой. В процессе синтеза они образуют самую сложную и реакционно активную оболочку Земли. Именно в тектоносфере происходят процессы, изменяющие состав и строение этих оболочек.
Литосфера на земной поверхности не однородна. Она имеет несколько слоев.

1. Осадочный. Он в основном образуется горными породами. Здесь преобладают глины и сланцы, а также широко распространены карбонатные, вулканогенные и песчаные породы. В осадочных слоях можно встретить такие полезные ископаемые, как газ, нефть и каменный уголь. Все они имеют органическое происхождение.
2. Гранитный слой. Он состоит из магматических и метаморфических пород, которые наиболее близки по своей природе к граниту. Этот слой встречается далеко не везде, наиболее ярко он выражен на континентах. Здесь его глубина может составлять десятки километров.
3. Базальтовый слой образуют породы, близкие к одноименному минералу. Он более плотный, чем гранит.

Глубина и изменение температуры земной коры

Поверхностный слой прогревается солнечным теплом. Это гелиометрическая оболочка. Она испытывает сезонные колебания температуры. Средняя мощность слоя составляет около 30 м.

Ниже находится слой, еще более тонкий и хрупкий. Его температура постоянна и приблизительно равна среднегодовой, характерной для этой области планеты. В зависимости от континентального климата глубина этого слоя увеличивается.
Еще глубже в земной коре находится еще один уровень. Это геотермический слой. Строение земной коры предусматривает его наличие, а его температура определяется внутренним теплом Земли и возрастает с глубиной.

Повышение температуры происходит за счет распада радиоактивных веществ, которые входят в состав горных пород. В первую очередь это радий и уран.

Геометрический градиент - величина нарастания температуры в зависимости от степени увеличения глубины слоев. Этот параметр зависит от разных факторов. Строение и типы земной коры влияют на него, так же как и состав горных пород, уровень и условия их залегания.

Тепло земной коры является важным энергетическим источником. Его изучение очень актуально на сегодняшний день.

Прежде чем говорить о том, из чего состоит земная кора, можно вспомнить, что предположительно является составляющими частями всего Предположительно - потому что человек еще не смог проникнуть глубже этой земной коры в центр земли. Даже всю толщину коры еще смогли только "ковырнуть".

Ученые предполагают, строят гипотезы на основе законов физики, химии и прочи наук, и согласно с этими данными мы имеем определенную картину строения всей планеты, а также того, из каких крупных элементов состоит земная кора. География 6-7 классов подает ученикам именно эти теории в облегченном для незрелых умов виде.

Благодаря малой доле данных и большому багажу различных законов, таким же образом строятся модели планет солнечной системы, и даже звезд, находящихся далеко от нас. Что из этого следует? Главным образом то, что вы имеете абсолютное право во всем этом сомневаться.

Слои планеты Земля

Помимо того что слоев, вся земля также состоит из трех слоев. Этакий слоеный кулинарный шедевр. Первый из них - ядро; в нём имеется твердая часть и жидкая часть. Именно перемещение жидкой части в ядре, предположительно, создает Здесь жарковато - температура достигает значений до 5000 градусов Цельсия.

Вторым является мантия. Она связывает между собой ядро и земную кору. Мантия также имеет несколько слоев, а именно три, и верхним, прилегающим к земной коре, является магма. Она имеет прямое отношение к вопросу, из каких крупных элементов состоит земная кора, так как гипотетически именно по ней "плавают" эти самые крупные элементы. Про ее существование можно говорить с более-менее высокой долей вероятности, так как при извержении вулканов именно это раскалённая субстанция выходит на поверхность, уничтожая при этом все растительное и животное, которое находится на склоне вулкана.

И, наконец-то, третий слой земли - это земная кора: твердый слой планеты, находящийся снаружи от горячих «внутренностей» Земли, по которому мы привыкли ходить, путешествовать и жить в целом. Толщина земной коры, по сравнению с остальными двумя слоями земли, ничтожно мала, но тем не менее можно охарактеризовать, из каких крупных элементов состоит земная кора, а также разобраться в ее составе.

Какие слои характерны для земной коры. Ее главные химические элементы

Земная кора тоже состоит из слоев - имеется базальтовый, гранитный и осадочный. Интересно то, что в химическом составе земной коры 47% занимает кислород.

Вещество, по сути, являющееся газом, вступает в соединения с другими элементами и создает твердую корку. Прочие элементы в данном случае - это кремний, алюминий, железо и кальций; остальные элементы присутствуют в мельчайших долях.

Деление на части по толщине в разных районах

Уже было сказано, что земная кора намного тоньше нижней мантии или ядра. Если подойти к вопросу, из каких крупных элементов состоит земная кора, именно по отношению толщины, можно разделить ее на океаническую и материковую. Эти две части значительно различаются по своей толщине, причем океаническая примерно в три раза, а местами и в десять раз (если говорить о средних показателях) тоньше, чем материковая.

Чем еще отличаются между собой материковая и океаническая земная кора

Кроме того, зоны суши и океанов различаются по слоям. В разных источниках указывают разные данные, приведем один вариант. Так, по этим данным, материковая земная кора состоит из трех слоев, среди которых имеется базальтовый слой, гранитный слой и слой осадочных пород. Равнины земной материковой коры достигают толщиной 30-50 км, в горах эти показатели могут подняться до 70-80 километров. По данным того же источника, океаническая земная кора состоит из двух слоев. Выпадает гранитный шар, оставляя лишь верхний осадочный и нижний базальтовый. Толщина земной коры в районе океанов примерно от 5-ти до 15-ти километров.

Упрощенные и усредненные данные в качестве базиса для обучения

Это самые общие и упрощенные описания, ведь ученые постоянно работают над изучением особенностей окружающего мира, и последние данные свидетельствуют о том, что земная кора в разных местах имеет структуру, которая гораздо сложнее привычной стандартной схемы земной коры, изучаемой нами в школе. Вот многих местах материковой коры, например, присутствует еще один слой - диоритовый.

Интересно также то, что эти слои не являются идеально ровными, как это схематически изображают в географических атласах или в других источниках. Каждый слой может вклиниваться в другой, или замешиваться в каком-нибудь разрезе. Идеальной модели схемы земли не может быть в принципе, по той же причине, по которой происходят извержения вулканов: там, под земной корой, что-то постоянно находится в движении и имеет очень высокие температуры.

Все это можно узнать, если связать свою жизнь с науками геологией и геофизикой. Можно попытаться следить за научными продвижениями посредством научных журналов и статей. Но без определенного багажа знаний это может оказаться весьма сложным занятием, потому и существует некий базис, который преподается в школах без каких-либо объяснений, что это всего лишь примерная модель.

Предположительно, земная кора состоит из "кусочков"

Учеными еще в начале 20 века была выдвинута теория, что земная кора не является монолитной. Следовательно, можно узнать, из каких крупных элементов состоит земная кора согласно этой теории. Предполагается, что литосфера - это семь крупных и несколько мелких плит, которые медленно плавают по поверхности магмы.

Эти движения создают катастрофического рода явления, которые происходят на нашей земле с большой интенсивностью в определенных местах. Существуют области между литосферными плитами, которые имеют названия «сейсмические пояса». Именно в этих областях наивысший уровень беспокойности, если можно так сказать. Землетрясение и все вытекающие последствия этого - одно из ярких признаков, которое демонстрирует

Влияние перемещений литосферных плит на образование рельефа

То, из каких крупных элементов состоит земная кора, какие подвижные части более устойчивые, а какие более подвижные, на протяжении всего создания земного рельефа влияло на его образование. Строение литосферы и характеристика сейсмического режима распределяют всю литосферу на устойчивое площади и подвижные пояса. Первые характеризуются равнинными плоскостями без огромных впадин, возвышенностей и подобных рельефных вариаций. Их еще называют абиссальными равнинами. В принципе, это является ответом на вопрос, из каких крупных элементов состоит земная кора, какие устойчивыми коренными объектами образована. В земной коре лежат в основе всех материков. Границы этих плит легко просматривается по зонам образования гор, а также по степени интенсивности землетрясений. Самыми активными местами в нашей планете, где находятся очаги землетрясений и множество активных вулканов, являются места расположения Японии, островов Индонезии, Алеутских островов, южноамериканского побережья Тихого океана.

Континенты больше, чем мы привыкли думать?

То есть, попросту говоря, из чего состоит земная кора, так это из кусков литосферы, которые в большей или меньшей мере передвигаются по магме. И не всегда границы этих "кусков" совпадают с границами материков. Технически, они чаще никогда не совпадают. Кроме того, мы привыкли слышать, что на океаны приходится примерно 70% поверхности, а материковая составляющая - всего 30%. В географическом плане так и есть, но вот что занятно - в плане геологии на материки приходится около 40%. Десяток процентов континентальной коры покрыто морскими и океаническими водами.

Образование

Из чего состоит земная кора? Элементы земной коры

Земная кора - твердый поверхностный слой нашей планеты. Она образовалась миллиарды лет назад и постоянно изменяет свой вид под влиянием внешних и внутренних сил. Часть её скрыта под водой, другая - образует сушу. Земная кора состоит из различных химических веществ. Давайте узнаем из каких.

Поверхность планеты

Спустя сотни миллионов лет после возникновения Земли, её внешний слой из кипящих расплавленных пород начал остывать и образовал земную кору. Год от года поверхность изменялась. На ней появлялись трещины, горы, вулканы. Ветер сглаживал их, чтобы через время они появились вновь, но уже в других местах.

Благодаря внешним и внутренним процессам внешний твёрдый слой планеты неоднороден. С точки зрения структуры, можно выделить такие элементы земной коры:

• геосинклинали или складчатые области;
• платформы;
• краевые разломы и прогибы.

Платформы представляют собой обширные малоподвижные участки. Их верхний слой (до глубины в 3-4 км) покрывают осадочные породы, которые залегают горизонтальными слоями. Нижний уровень (фундамент) сильно смят. Он сложен метаморфозными породами и может содержать магматические вкрапления.

Геосинклинали - это тектонически активные участки, где происходят процессы горообразования. Они возникают в местах соединения океанического дна и материковой платформы, или в прогибе дна океана между материками.

Если горы образуются близко к границе платформы, могут возникать краевые разломы и прогибы. Они достигают до 17 километров в глубину и тянутся вдоль горного образования. Со временем здесь скапливаются осадочные породы и образуются месторождения полезных ископаемых (нефти, каменные и калийные соли и т. д.).

Состав коры

Масса коры составляет 2,8·1019 тонн. Это всего лишь 0,473 % от массы всей планеты. Содержание в ней веществ не такое разнообразное, как в мантии. Её формируют базальты, граниты и осадочные породы.

На 99,8 % земная кора состоит из восемнадцати элементов. На остальные приходится только 0,2 %. Самыми распространёнными являются кислород и кремний, которые составляют основное количество массы. Кроме них, кора богата алюминием, железом, калием, кальцием, натрием, углеродом, водородом, фосфором, хлором, азотом, фтором и т. д. Содержание этих веществ видно в таблице:

Редчайшим элементом считается астат - крайне неустойчивое и ядовитое вещество. К редким также относится теллур, индий, таллий. Часто они рассеяны и не содержат больших скоплений в одном месте.

Континентальная кора

Материковая или континентальная кора - это то, что мы обычно называем сушей. Она довольно стара и покрывает около 40 % всей планеты. Многие её участки достигают возраста от 2 до 4,4 миллиардов лет.

Материковая земная кора состоит из трёх слоёв. Сверху её покрывает прерывистый осадочный чехол. Породы в нем залегают слоями или пластами, так как формируются вследствие спрессовывания и уплотнения осадков солей или остатков микроорганизмов.

Нижний и более древний слой представлен гранитами и гнейсами. Они не всегда скрыты под осадочными породами. В некоторых местах они выходят на поверхность в виде кристаллических щитов.

Самый нижний слой состоит из метаморфических пород наподобии базальтов и гранулитов. Базальтовый слой может достигать 20-35 километров.

Океаническая кора

Часть земной коры, скрытая под водами Мирового океана, называется океанической. Она тоньше и моложе континентальной. По возрасту кора не достигает и двухсот миллионов лет, а её толщина составляет примерно 7 километров.

Материковая земная кора состоит из осадочных пород из глубоководных остатков. Ниже располагается базальтовый слой толщиной 5-6 километров. Под ним начинается мантия, представленная здесь в основном перидотитами и дунитами.

Каждые сто миллионов лет кора обновляется. Она поглощается в зонах субдукции и формируется вновь в области срединно-океанических хребтов, при помощи выходящих наружу минералов.

Земная кора - твердый поверхностный слой нашей планеты. Она образовалась миллиарды лет назад и постоянно изменяет свой вид под влиянием внешних и внутренних сил. Часть её скрыта под водой, другая - образует сушу. Земная кора состоит из различных химических веществ. Давайте узнаем из каких.

Поверхность планеты

Спустя сотни миллионов лет после возникновения Земли, её внешний слой из кипящих расплавленных пород начал остывать и образовал земную кору. Год от года поверхность изменялась. На ней появлялись трещины, горы, вулканы. Ветер сглаживал их, чтобы через время они появились вновь, но уже в других местах.

Благодаря внешним и внутренним твёрдый слой планеты неоднороден. С точки зрения структуры, можно выделить такие элементы земной коры:

• геосинклинали или складчатые области;
• платформы;
• краевые разломы и прогибы.

Платформы представляют собой обширные малоподвижные участки. Их верхний слой (до глубины в 3-4 км) покрывают осадочные породы, которые залегают горизонтальными слоями. Нижний уровень (фундамент) сильно смят. Он сложен метаморфозными породами и может содержать магматические вкрапления.

Геосинклинали - это тектонически активные участки, где происходят процессы горообразования. Они возникают в местах соединения океанического дна и материковой платформы, или в прогибе дна океана между материками.

Если горы образуются близко к границе платформы, могут возникать краевые разломы и прогибы. Они достигают до 17 километров в глубину и тянутся вдоль горного образования. Со временем здесь скапливаются осадочные породы и образуются месторождения полезных ископаемых (нефти, каменные и калийные соли и т. д.).

Состав коры

Масса коры составляет 2,8·1019 тонн. Это всего лишь 0,473 % от массы всей планеты. Содержание в ней веществ не такое разнообразное, как в мантии. Её формируют базальты, граниты и осадочные породы.

На 99,8 % земная кора состоит из восемнадцати элементов. На остальные приходится только 0,2 %. Самыми распространёнными являются кислород и кремний, которые составляют основное количество массы. Кроме них, кора богата алюминием, железом, калием, кальцием, натрием, углеродом, водородом, фосфором, хлором, азотом, фтором и т. д. Содержание этих веществ видно в таблице:

Редчайшим элементом считается астат - крайне неустойчивое и ядовитое вещество. К редким также относится теллур, индий, таллий. Часто они рассеяны и не содержат больших скоплений в одном месте.

Континентальная кора

Материковая или континентальная кора - это то, что мы обычно называем сушей. Она довольно стара и покрывает около 40 % всей планеты. Многие её участки достигают возраста от 2 до 4,4 миллиардов лет.

Материковая земная кора состоит из трёх слоёв. Сверху её покрывает прерывистый осадочный чехол. Породы в нем залегают слоями или пластами, так как формируются вследствие спрессовывания и уплотнения осадков солей или остатков микроорганизмов.

Нижний и более древний слой представлен гранитами и гнейсами. Они не всегда скрыты под осадочными породами. В некоторых местах они выходят на поверхность в виде кристаллических щитов.

Самый нижний слой состоит из метаморфических пород наподобии базальтов и гранулитов. Базальтовый слой может достигать 20-35 километров.

Океаническая кора

Часть земной коры, скрытая под водами Мирового океана, называется океанической. Она тоньше и моложе континентальной. По возрасту кора не достигает и двухсот миллионов лет, а её толщина составляет примерно 7 километров.

Материковая земная кора состоит из осадочных пород из глубоководных остатков. Ниже располагается базальтовый слой толщиной 5-6 километров. Под ним начинается мантия, представленная здесь в основном перидотитами и дунитами.

Каждые сто миллионов лет кора обновляется. Она поглощается в зонах субдукции и формируется вновь в области срединно-океанических хребтов, при помощи выходящих наружу минералов.

Изучение внутреннего строения планет, в том числе нашей Земли — чрезвычайно сложная задача. Мы не можем физически «пробурить» земную кору вплоть до ядра планеты, поэтому все знания полученные нами на данный момент — это знания полученные «на ощупь», причем самым буквальным образом.

Как работает сейсморазведка на примере разведки нефтяных месторождений. «Прозваниваем» землю и «слушаем», что принесет нам отраженный сигнал

Дело в том, что наиболее простой и надежный способ узнать что же находится под поверхностью планеты и входит в состав её коры — это изучении скорости распространения сейсмических волн в недрах планеты.

Известно, что скорость продольных сейсмических волн возрастает в более плотных средах и напротив, уменьшается в рыхлых грунтах. Соответственно, зная параметры разных типов породы и имея расчетные данные о давлении и т.п., «слушая» полученный ответ, можно понять через какие слои земной коры прошел сейсмический сигнал и как глубоко они находятся под поверхностью.

Изучение строения земной коры с помощью сейсмоволн

Сейсмические колебания могут быть вызваны источни­ками двух видов: естественными и искусственными . Естествен­ными источниками колебаний являются землетрясения, волны которых несут необходимую информацию о плотности по­род, сквозь которые они проникают.

Арсенал искусственных источников колебаний более обширен, но в первую очередь ис­кусственные колебания вызываются обыкновенным взрывом, однако есть и более «тонкие» способы работы — генераторы направленных импульсов, сейсмовибраторов и т.п.

Проведением взрывных работ и изучением скоростей сейсмических волн занимается сейсморазведка - одна из важнейших отраслей современной геофизики.

Что же дало изучение сейсмических волн внутри Земли? Анализ их распространения выявил несколько скачков изменения ско­рости при прохождении через недра планеты.

Земная кора

Первый скачок, при котором скорости возрастают с 6,7 до 8,1 км/с, как счи­тают геологи, регистрирует подошву земной коры . Эта по­верхность располагается в разных местах планеты на различных уровнях, от 5 до 75 км. Граница земной коры и нижележащей оболочки - мантии, получила название «поверхности Мохоровичича» , по имени впервые установившего ее югославского ученого А. Мохо­ровичича.

Мантия

Мантия залегает на глубинах до 2 900 км и делится на две части: верхнюю и нижнюю. Граница между верхней и нижней мантией также фиксируется по скачку скорости рас­пространения продольных сейсмических волн (11,5 км/с) и располагается на глубинах от 400 до 900 км.

Верхняя ман­тия имеет сложное строение. В ее верхней части имеется слой расположенный на глубинах 100-200 км, где проис­ходит затухание поперечных сейсмических волн на 0,2- 0,3 км/с, а скорости продольных волн, по существу, не ме­няются. Этот слой назван волноводом . Его толщина обычно равняется 200-300 км.

Часть верхней мантии и кора, залегаю­щие над волноводом, называются литосферой , а сам слой пониженных скоростей - астеносферой .

Таким образом, литосфера представляет собой жесткую твердую оболочку, подстилаемую пластичной астеносфе­рой. Предполагается, что в астеносфере возникают процес­сы, вызывающие движение литосферы.

Внутреннее строение нашей планеты

Ядро Земли

В подошве мантии происходит резкое уменьшение ско­рости распространения продольных волн с 13,9 до 7,6 км/с. На этом уровне лежит граница между мантией и ядром Зем­ли , глубже которой поперечные сейсмические волны уже не распространяются.

Радиус ядра достигает 3500 км, его объем: 16% объема планеты, а масса: 31% массы Земли.

Многие ученые считают, что ядро находится в расплавленном состоя­нии. Его внешняя часть характеризуется резко пониженными значениями скоростей продольных волн, во внутренней ча­сти (радиусом в 1200 км) скорости сейсмических волн вновь возрастают до 11 км/с. Плотность пород ядра равна 11 г/см 3 , и она обуславливается наличием тяжелых элементов. Таким тяжелым элементом может быть железо. Вероятнее всего, железо является составной частью ядра, так как ядро чисто железного или железо-никелевого состава должно иметь плотность, на 8-15% превышающую существующую плот­ность ядра. Поэтому к железу в ядре, по-видимому, при­соединены кислород, сера, углерод и водород.

Геохимический метод изучения строения пла­нет

Имеется еще один путь изучения глубинного строения пла­нет - геохимический способ . Выделение различных оболочек Земли и других планет земной группы по физическим параметрам находит достаточно четкое геохимическое подтверждение, основанное на теории гетерогенной аккреции, согласно кото­рой состав ядер планет и их внешних оболочек в основной своей части является исходно различным и зависит от само­го раннего этапа их развития.

В результате этого процесса в ядре концентрировались наиболее тяжелые (железо-никелевые ) компоненты, а во внешних оболочках - более легкие сили­катные (хондритовые ), обогащенные в верхней мантии лету­чими веществами и водой.

Важнейшей особенностью планет земной группы ( , Земля, ) явля­ется то, что их внешняя оболочка, так называемая кора , со­стоит из двух типов вещества: «материкового » - полевошпа­тового и «океанического » - базальтового.

Материковая (континентальная) кора Земли

Материковая (континентальная) кора Земли сложена гранитами или породами, близкими им по составу, т. е. породами с большим количеством полевых шпатов. Образование «гра­нитного» слоя Земли обусловлено преобразованием более древних осадков в процессе гранитизации.

Гранитный слой надо рассматривать как специ­фическую оболочку коры Земли - единственной планеты, на которой получили широкое развитие процессы дифферен­циации вещества с участием воды и имеющей гидросферу, кислородную атмосферу и биосферу. На Луне и, вероятно, на планетах земной группы континентальная кора слагается габбро-анортозитами - породами, состоящими из большого количества полевого шпата, правда, несколько другого соста­ва, чем в гранитах.

Этими породами сложены древнейшие (4,0-4,5 млрд. лет) поверхности планет.

Океаническая (базальтовая) кора Земли

Океаническая (базальтовая) кора Земли образована в ре­зультате растяжения и связана с зонами глубинных разло­мов, обусловивших проникновение к базальтовым очагам верхней мантии. Базальтовый вулканизм накладывается на ра­нее сформировавшуюся континентальную кору и является от­носительно более молодым геологическим образованием.

Проявления базаль­тового вулканизма на всех планетах земного типа, по-видимому, аналогичны. Широкое развитие базальтовых «морей» на Луне, Марсе, Меркурии, очевидно, связано с растяжени­ем и образованием вследствие этого процесса зон проницае­мости, по которым базальтовые расплавы мантии устрем­лялись к поверхности. Этот механизм проявления базальто­вого вулканизма является более или менее сходным для всех планет земной группы.

Спутница Земли - Луна также имеет оболочечное строе­ние, в целом повторяющее земное, хотя и имеющее разительно отличие по составу.

Тепловой поток Земли. Горячее всего в районе разломов земной коры, а холоднее — в районах древних материковых плит

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 .

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.