Литосфера - твердая оболочка Земли.

Введение

Литосфера имеет важное значение для всех живых организмов, которое проживают на ее территории.

В первую очередь, на суше или внутри нее живут люди, животные, насекомые, птицы и т.д.

Во-вторых, данная оболочка земной поверхности обладает огромными ресурсами, которые необходимы организмам для пропитания и жизни.

В-третьих, способствует функционированию всех систем, подвижность коры, пород и почвы.

Что такое литосфера

Термин литосфера состоит из двух слов – камень и шар или сфера, что в буквальном переводе с греческого языка означает твердая оболочка земной поверхности.

Литосфера не является статической, а находится в постоянном движении, из-за чего плиты, породы, ресурсы, полезные ископаемые, а также вода обеспечивают организмы всем необходимым.

Где находится литосфера

Литосфера находится на самой поверхности планеты, уходит внутрь мантии, до так называемой астеносферы – пластичный слой Земли, состоящей из вязких пород.

Из чего состоит литосфера

Литосфера имеет три взаимосвязанных элемента, к которым относятся:

• Кора (земная);
• Мантия;
• Ядро.

строение литосферы фото

В свою очередь, кора и самая верхняя часть мантии – астеносфера являются твердыми, а ядро состоит из двух частей – твердой и жидкой. Внутри ядро имеет твердые породы, а снаружи окружен жидкими веществами. В состав коры входят горные породы, возникшие после остывания и кристаллизации магмы.

Осадочные породы возникают различными способами:

• Когда разрушается песок или глина;
• В ходе протекания химических реакций в воде;
• Органические породы возникли из мела, торфа, угля;
• Из-за изменения состава пород – полностью или частично.

Ученые установили, что литосфера состоит из таких важных элементов, как кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, минералы. По своей структуре литосфера делится на подвижные и стабильные, т.е. платформы и складчатые пояса.

Под платформой принято понимать участки земной коры, которые не двигаются, в результате наличия кристаллической основы. Она бывает либо гранитной, либо базальтовой. В середине континентов обычно располагаются древние платформы, а по краям – те, которые возникли позже, в так называемый докембрийский период.

Складчатые пояса возникли после того, как сталкивались друг с другом. В результате подобных процессов возникают горы и горные хребты. Чаще всего они располагаются по краям литосферы. Наиболее древние можно увидеть в центре материка – это Евразия, или по самим краям, что характерно для Америки (Северной) и Австралии.

Образование гор происходит постоянно. Если по тектонической плите проходит горный массив, то это означает, что некогда тут произошло сталкивание плит. В литосфере выделяют 14 плит, что составляет 90% всей оболочки. Бывают, как большие, так и малые плиты.

тектонические плиты фото

Самыми большими тектоническими плитами считаются Тихоокеанская, Евразийская, Африканская, Антарктическая. Литосфера под океанами и континентами отличается. В частности, под первыми оболочка состоит из океанической коры, где почти нет гранита. Во втором случае, литосфера состоит из осадочных пород, базальта и гранита.

Границы литосферы

Черты литосферы имеет различные очертания. Нижние границы размыты, что связано с вязкой средой, высокой проводимостью тепла и скоростью сейсмических волн. Верхняя граница – это кора и мантия, которая достаточно толстая, и способная измениться только из-за пластичности породы.

Функции литосферы

Твердая оболочка земной поверхности обладает геологическими и экологическими функциями, что определяет протекание жизни на планете. Участие в ней принимают воды, расположенные под землей, нефть, газы, поля геофизического значения, процессы, участие различных сообществ.

Среди самых важных функций выделяют:

• Ресурсную;
• Геодинамическую;
• Геохимическую;
• Геофизическую.

Функции проявляются под воздействием природных и техногенных факторов, что связано с развитием планеты, деятельностью людей и образованием различных экологических систем.

• Литосфера возникла в процессе того, что постепенно освобождались вещества из мантии Земли. Подобные явления еще иногда наблюдаются на дне океана, в результате чего появляются газы и немного воды.
• Мощность литосферы меняется в зависимости от климата и природных условий. Так, в холодных регионах, она достигает максимального значения, а в теплых – остается на минимальных отметках. Самый верхний слой литосферы обладает упругостью, а нижний – очень пластичный. Твердая оболочка Земли постоянно находится под влиянием воды и воздуха, что вызывает выветривание. Оно бывает физическое, когда порода распадается, а ее состав не меняется; а также химическое – появляются новые вещества.
• Из-за того, что литосфера постоянно двигается, меняется облик планеты, ее рельеф, структура равнин, гор, низкогорья. Человек постоянно оказывает влияние на литосферу, и это участие не всегда полезное, вследствие чего происходит серьезное загрязнение оболочки. В первую очередь, это связано с накоплением мусора, применением ядов и удобрений, что меняет состав грунтов, почвы, живых существ.

Строение и состав земли (литосферы).

Земля, в отличие от других планет Солнечной системы, имеет сильное магнитное поле, что связанно с особенностью её геологического строения. Благодаря зондированию недр Земли сейсмическими волнами удалось установить, что она имеет оболочное строение и дифференцированный химический состав.

Различают три главные концентрически расположеннее области:

Каждая из оболочек Земли представляет собой открытую систему, обладающей определённой автономией и своими внутренними законами развития, но при этом они тесно взаимодействуют друг с другом.

Земная кора это верхний слой твёрдой оболочки Земли.

Средняя мощность (толщина) Земной коры 35 км:

Под океанами она составляет 5 – 12 км:

Под равнинными массивами 30 – 40 км;

Под горными массивами 50 – 70 км.

Земная кора образует 3 (три) слоя:

- «осадочный»;

- «гранитный»;

- «базальтовый».

«Осадочный слой» сложен осадочными породами, образовавшимися за счёт продуктов разложения других пород, а также остатков отмерших животных и растений. Этот слой почти сплошь покрывает поверхность Земли.

Мощность «осадочного слоя» колеблется от 0 до нескольких километров, но в некоторых местах достигает 15 – 25 км.

«Гранитный слой» под океанами отсутствует, на материках сложенный породами типа гранитов, а также гнейсов и других метаморфических пород, Земную кору такого типа называют континентальной. Средняя мощность его:

Под равнинами массивами около 10 км;

Под горными массивами увеличивается до 20 – 30 км.

«Базальтовый слой» лежит ниже «гранитного» по химическому составу соответствует породам, называемым базальтами. Средняя мощность его:

Под равнинными массивами 25 – 30 км;

Под горными массивами – несколько увеличивается;

В областях глубоких океанских впадин под километровым слоем осадков залегает «базальтовый слой», мощность которого составляет лишь 6 км, а в некоторых местах ещё меньше.

Земная кора слагается в основном из 8 (восьми) химических элементов: - кислорода – 50%; - кремния; - алюминия; - железа; - кальция; - магния; - натрия; - калия.

Земная кора более чем наполовину (50%) состоит из двуокиси кремния Sі О 2 и на 14 – 15% из окиси алюминия АL 2 О 3 в сочетании с магнием, железом, кальцием и др. Это и есть привычный для нас «каменный материал». Средняя плотность Земной коры 5510 кг/м 3 или 2,6 – 2,9 г/см 3 .

Состав коры и внешних оболочек непрерывно обновляется.

Так, благодаря выветриванию и сносу вещество континентальной поверхности полностью обновляется за 80 – 100 миллионов лет.

Земная кора и верхний твёрдый слой мантии образуют так называемую литосферу от греческого «литос» - камень, «сфера» - слой.

Толщина литосферы в среднем составляет 100 км, а на континентах и под океанами отличается и составляет в среднем:

На континентах 25 – 200 км;

Под океанами 5 – 100 км.

Часть мантии, лежащей под литосферой, называется астеносферой. Её толщина примерно составляет 100 км, состоит, вероятно, из расплавленных пород. Температура мантии в верхней части астеносферы 1000 0 С. По отношению к размерам всей планеты литосфера не толще яичной скорлупы и составляет всего 1,5 её объёма или 0,8% массы.

Литосфера состоит примерно из 15 (пятнадцати) жестких плит из них 6 – 7 плит являются крупными, которые могут сталкиваться, погружаться друг под друга, надвигаться одна на другую, тереться одна об другую.

Вместе с плитами могут перемещаться и континенты. Эти плиты иногда называются платформами.

Литосферная плита может быть образована:

Материковой литосферой;

Океанической литосферой.

Плиты Земной коры постепенно перемещаются в различных направлениях соотносительно медленной скоростью до 5 см в год (примерно с такой скоростью растут наши ногти).

Края плит называются границами. Учёными причины движения плит пока не изучены.

Постоянная активность астеносферы приводит тектонические плиты в движение, они:

Сближаются (расходятся); - сталкиваются; - расходятся; - сцепляются; - трутся одна о другую.

В случае столкновения.

Океанские плиты

Одна из океанских плит уходит, под другую и расплавляясь, опускаются в мантию и поглощаются ей. Магма устремляется через литосферу вверх и возле границы на оказавшейся вверху плите образуется цепь вулканов.

У опустившейся плиты образуется впадина – Марианская впадина – глубиной около 11км в Тихом океане.

Материковые плиты.

Там где лоб в лоб сталкиваются две плиты.

На границе между океанской и материковой плитами океанская плита «подныривает» под материковую, создавая на поверхности глубокую впадину или желоб.

Погружаясь, всё глубже в мантию плита начинает, расплавляться. Кора верхней плиты сдавливается и на ней вырастают , горы некоторые из них представляют, вулканы в случае трения плит.

Они трутся боками, двигаясь либо в противоположном, либо в одном направлении, но с различными скоростями.

На границах этих плит литосфера не разрушается.

Подземные толчки могут пройти всюду, где горные породы перемещаются вдоль разломов Земной коры, но сильные землетрясения, как правило, возникают в чётко определённых зонах. Наиболее часто они случаются в вулканических зонах, например, в «огненном кольце» Тихого океана.

В случае расхождения или сближения литосферных плит.

Если раньше Земля была единым континентом , который разделился на современные материки, то последние 40 тысяч лет континенты начали объединяться. Так Африка всё ближе подползает к Европе.

Этот процесс вызывает рост Альп и Пиренеев, а также серьёзные землетрясения в Италии, Греции, Турции.

Средиземное море уменьшается.

Учёные предполагают, что в результате сближения Северной и Южной Америки в сторону Азии через Тихий океан, Атлантический океан будет расширяться.

Через несколько сот миллионов лет может возникнуть новый континент Америко – Азиатский.

Мантия (от греческого «мантион» - покрывало, плащ) представляет собой промежуточную оболочку между Земной корой и ядром, которая располагается на глубину от 6 – 70 до 2900 км и составляет основной объём планеты.

Масса мантии составляет 31% Земли.

Мантия имеет сложное строение и подразделяется на:

- верхнюю от 6 – 70 до 100 – 300 км – в ней формируются очаги глубокофокусных землетрясений. Её называют астеносферой;

- среднюю от 100 – 300 до 950 км;

- нижнюю 950 – 2900 км.

Мантию образуют различные силикатные соединения основу, которых составляет кремний.

Вещества мантии могут быть от твёрдого до жидко расплавленного и аморфного – пластического состояния . Это полужидкая – полувязкая расплавленная масса.

В зависимости от мощности (глубины) Земли возрастает:

Давление и плотность пород;

Повышается их температура.

Источники внутренней тепловой энергии Земли ещё недостаточно изучены. Главным из них считают:

Радиоактивный распад элементов;

Перераспределение материалов по плотности в мантии, которое сопровождается, выделением значительного количества тепла ядро планеты вероятнее всего является, основным источником внутренней энергии Земли, поставляющим тепло в мантию.

Ядро как «гигантский котёл» без стенок, в котором «выравниваются» компоненты других геосфер.

Более плотные вещества (по сравнению с Земной корой) остаются в мантии.

Её плотность изменяется от – 3,3 г\см 3 у верхней мантии на глубине 50 – 980 км до 5,5 г/см 3 на глубине 950 – 2900 км.

Давление у верхней границе мантии составляет около 900000 кПа или 9000 атм, а у нижней границе около 140 млн. кПа или 1,4 млн. атм.

Получив тепло от ядра, мантия разогревается от 800 0 С наверху до 2250 0 С на глубине 2900 км.

Земное ядро

Ядро занимает центральную область земного геоида, составляет 68% массы Земли и разделяется на две части:

Внешнее;

Внутреннее.

Внешнее ядро располагается в интервале 2900 – 5100 км. Между внешним и внутренним ядром нет чёткой границы. Предполагают, что внешнее ядро состоит из железа (52%) и жидкой смеси твёрдых веществ, образуемую железом и серой (48%). Температура плавления такой смеси оценивается примерно равной 3200 0 С. Вещество внешнего ядра находится «по-видимому» в жидком состоянии, однако плотность его достигает 9,9 – 12,2 г/см 3 . Давление у нижней граници внешнего ядра достигает свыше 300 млн. кПа или 3 млн. атм.

С жидким состоянием внешнего ядра связывают представления о природе, земного магнетизма, полагая, что магнитное поле Земли зарождается в глубинах планеты. Магнитное поле изменчиво. Из года в год меняется положение магнитных полюсов. Убедительные эксперименты показали, что на протяжении последних 80 миллионов лет имело место не только изменение напряжения поля, но и многократное систематическое перемагничивание, в результате которого северный и южный магнитные полюса Земли менялись местами.

Представляют, что причиной этого явления является масса жидкого ядра, перемещающаяся при вращении Земли вокруг своей оси.

Внутреннее ядро располагается в интервале 5100 – 6371 км. и находится предположительно в твёрдом состоянии, причём плотность его достигает 13,6 г/см 3 , а давление в центре Земли достигает 350 млн. кПа или 3,5 млн. атм.

Предполагают, что ядро состоит из железа (80%) и никеля (20%), что идентично составу железных метеоритов. Этот сплав при давлении земных недр должен иметь температуру в интервале 2250 0 – 5000 0 С.

Литосферой называют верхнюю твердую оболочку Земли, со­стоящую из земной коры и слоя верхней мантии, подстилающего земную кору. Нижняя граница литосферы проводится на глубинах около 100 км под континентами и около 50 км под дном океана. Верхняя часть ли­тосферы (та, где существует жизнь) - составная часть биосферы.

Земная кора сложена магматическими и осадочными породами, а также метаморфическими породами, образовавшимися за счет тех и других.

Горные породы - это естественные минеральные агрегаты оп­ределенного состава и строения, сформировавшиеся в результате геологических процессов и залегающие в земной коре в виде само­стоятельных тел. Состав, строение и условия залегания горных пород обусловлены особенностями формирующих их геологических про­цессов, которые происходят в определенной обстановке внутри зем­ной коры или на земной поверхности. В зависимости от характера главных геологических процессов различают три генетических клас­са горных пород: осадочные, магматические и метаморфические.

Магматические горные породы - это естественные мине­ральные агрегаты, возникающие при кристаллизации магм (силикат­ных, а иногда и несиликатных расплавов) в недрах Земли илина ее поверхности. По содержанию кремнезема магматические породы делятся на кислые (SiO 2 - 70-90%), средние (SiO 2 > около 60%), основные (SiO 2 около 50%) и ультра­основные (SiO 2 менее 40%). Примером магматических пород служат вулканическая основная порода и гранит.

Осадочные горные породы - это те породы, которые су­ществуют в термодинамических условиях, характерных для по­верхностной части земной коры, и образуются в результате переотло­жения продуктов выветривания и разрушения различных горных по­род, химического и механического выпадения осадка из воды, жизне­деятельности организмов или всех трех процессов одновременно. Многие осадочные породы являются важнейшими полезными иско­паемыми. Примерами осадочных пород служат песчаники, которые можно рассматривать как скопления кварца и, следовательно, концен­траторы кремнезема (SiO 2), и известняки - концентраторы СаО. К ми­нералам, наиболее распространенных осадочных пород относятся кварц (SiO 2), ортоклаз (КalSi 3 O 8) каолинит (А1 4 Si 4 O 10 (ОН) 8), кальцит (СаСО 3), доломит СаМg(СО 3) 2 и др.

Метаморфическими называют породы, основные особенности которых (минеральный состав, структура, текстура) обусловлены процессами метаморфизма, тогда как признаки первичного магмати­ческого происхождения частично или полностью утрачены. Мета­морфические породы - сланцы, гранулиты, эклогиты и др. Типичные для них минералы - слюда, полевой шпат и гранат соответственно.

Вещество земной коры сложено в основном легкими элемента­ми (по Fе включительно), а элементы, следующие в Периодической системе за железом, в сумме составляют лишь доли процента. Отме­чается также, что элементы, имеющие четное значение атомной мас­сы, значительно преобладают: они образуют 86% общей массы зем­ной коры. Следует отметить, что в метеоритах это отклонение еще выше и составляет в металлических метеоритах 92%, в каменных -98%.

Средний химический состав земной коры, по данным разных авторов, приведен в табл. 25:

Таблица 25

Химический состав земной коры, маc. % (Гусакова, 2004)

Элементы и окислы	Кларк, 1924	Фугт, 1931	Гольдшмидт, 1954	Полдерваатр, 1955	Ярошевский, 1971
SiO 2	59,12	64,88	59,19	55,20	57,60
TiO 2	1,05	0,57	0,79	1,6	0,84
Al 2 O 3	15,34	15,56	15,82	15,30	15,30
Fe 2 O 3	3,08	2,15	6,99	2,80	2,53
FeO	3,80	2,48	6,99	5,80	4,27
MnO	0,12	-	-	0,20	0,16
MgO	3,49	2,45	3,30	5,20	3,88
CaO	5,08	4,31	3,07	8,80	6,99
Na 2 O	3,84	3,47	2,05	2,90	2,88
K 2 O	3,13	3,65	3,93	1,90	2,34
P 2 O 5	0,30	0,17	0,22	0,30	0,22
H 2 O	1,15	-	3,02	-	1,37
CO 2	0,10	-	-	-	1,40
S	0,05	-	-	-	0,04
Cl	-	-	-	-	0,05
C	-	-	-	-	0,14

Ее анализ позволяет сделать следующие важные выводы:

1) земная кора сложена в основном из восьми элементов: О, Si, А1, Fе, Са, Мg, Nа, К; 2) на долю остальных 84 элементов приходится менее одного процента массы коры; 3) среди главнейших по распро­страненности элементов особая роль в земной коре принадлежит ки­слороду.

Особая роль кислорода состоит в том, что его атомы со­ставляют 47% массы коры и почта 90% объема важнейших породо­образующих минералов.

Имеется ряд геохимических классификаций элементов. В на­стоящее время получает распространение геохимическая клас­сификация, согласно которой все элементы земной коры делятся на пять групп (табл. 26).

Таблица 26

Вариант геохимической классификации элементов (Гусакова, 2004)

Литофильные - это элементы горных пород. На внешней обо­лочке их ионов находится 2 или 8 электронов. Литофильные элемен­ты трудно восстанавливаются до элементарного состояния. Обычно они связаны с кислородом и составляют основную массу силикатов и алюмосиликатов. Встречаются также в виде суль­фатов, фосфатов, боратов, карбонатов и гадогенидов.

Халькофильные элементы - это элементы сульфидных руд. На внешней оболочкеих ионов располагается 8 (S,Sе,Те) иди 18 (у ос­тальных) электронов. В природе встречаются в виде сульфидов, селенидов, теллуридов, а также в самородном состоянии (Сu,Нg,Аg,Рb,Zn,As,Sb,Вi,S, Sе,Те,Sn).

Сидерофильные элементы - это элементы с достраивающимися электронными d- и f-оболочками. Они обнаруживают специфическое сродство к мышьяку и сере (PtAs 2 , FеАs 2 , NiAs 2 , FeS, NiS, МоS 2 и др.), а также к фосфору, углероду, азоту. Почти все сидерофильные элементы встречаются также и в самородном состоянии.

Атмофильные элементы - это элементы атмосферы. Боль­шинство изних имеет атомы с заполненными электронными оболоч­ками (инертные газы). К атмофильным относят также азот и водород. Вследствие вы­соких потенциалов ионизации атмофильные элементы с трудом вступают в соединения с другими элементами и потому в природе находятся (кроме Н) главным образом в элементарном (самородном) состоянии.

Биофильные элементы - это элементы, входящие в состав орга­нических компонентов биосферы (С,Н,N,О,Р,S). Из этих (в ос­новном) и других элементов образуются сложные молекулы угле­водов, белков, жиров и нуклеиновых кислот. Средний химический состав белков, жиров и углеводов приведен в табл. 27.

Таблица 27

Средний химический состав белков, жиров и углеводов, мас. % (Гусакова, 2004)

В настоящее время в различных организмах установлено более 60 элементов. Элементы и их соединения, требующиеся организмам в сравнительно больших количествах, часто называют макробиогенными элементами. Элементы же и их соединения, которые хотя и не­обходимы для жизнедеятельности биосистем, но требуются в крайне малых количествах, называют микробиогенными элементами. Для растений, например, важны 10 микроэлементов: Fе, Мn, Сu, Zn, В, Si, Мо, С1, W, Со.

Все эти элементы, кроме бора, требуются и животным. Кроме того, животным могут требоваться селен, хром, никель, фтор, йод, олово. Между макро- и микроэлементами нельзя провести четкую и одинаковую для всех групп организмов границу.

Процессы выветривания

Поверхность земной коры подвержена действию атмосферы, что делает ее восприимчивой к физическим и химическим процессам. Физическое выветривание является механическим процессом, в ре­зультате которого порода размельчается до частиц меньшего размера без существенных изменений в химическом составе. Когда сдержи­вающее давление коры устраняется поднятием и эрозией, устраняют­ся и внутренние напряжения в пределах подстилающих пород, по­зволяя расширившимся трещинам открыться. Эти трещины могут потом раздвинуться за счет термического расширения (вызванного суточными флуктуациями температуры), расширения воды в процес­се замерзания, а также воздействия корней растений. Другие физиче­ские процессы, например ледниковая деятельность, оползни и исти­рание песком, производят дальнейшее ослабление и разрушение твердой породы. Эти процессы важны, поскольку они значительно увеличивают поверхностные участки породы, подверженные дейст­вию агентов химического выветривания, например воздуха и воды.

Химическое выветривание вызывается водой - особенно ки­слой водой - и газами, например кислородом, который разрушает ми­нералы. Некоторые ионы и соединения исходного минерала удаляют­ся с раствором, просачивающимся через обломки минералов и пи­тающим грунтовые воды и реки. Тонкозернистые твердые вещества могут вымываться из выветриваемого участка, оставляя химически измененные остатки, которые формируют основу почв. Из­вестны различные механизмы химического выветривания:

1. Растворение. Простейшая реакция выветривания - это раство­рение минералов. Молекула воды эффективна при разрыве ионных связей, например таких, которые соединяют ионы натрия (Na +) и хлора (Cl -) в галите (каменная соль). Мы можем выразить растворе­ние галита упрощенно, т.е.

NaCl (тв) Na + (водн) + Cl - (водн)

2. Окисление. Свободный кислород играет большую роль при разложении веществ в восстановленной форме. Например, окисление восстановленного железа (Fe 2+) и сера (S) в обычном сульфиде, пи­рите (FeS 2) приводит к образованию сильной серной кислоты (H 2 SO 4):

2FeS 2(тв) + 7,5 О 2(г) + 7Н 2 О (ж) 2Fe(OH) 3(тв) + Н 2 SO 4(водн).

Сульфиды часто встречаются в алеврито-глииистых породах, рудных жилах и угольных отложениях. При разработке рудных и угольных месторождений сульфид остается в отработанной породе, которая накапливается в отвалах. Такие отвалы пустой породы име­ют большие поверхности, подверженные влиянию атмосферы, где окисление сульфидов происходит быстро и в больших масштабах. Кроме того, заброшенные рудные выработки быстро затопляются грунтовыми водами. Образование серной кислоты делает дренажные воды с заброшенных рудников сильно кислыми (рН до 1 или 2). Та­кая кислотность может увеличить растворимость алюминия и стать причиной токсичности для водных, экосистем. В окисление сульфи­дов вовлечены микроорганизмы, что можно моделировать рядом ре­акций:

2FeS 2(тв) + 7О 2(г) + 2Н 2 О (ж) 2Fe 2+ + 4Н + (водн) + 4SO 4 2- (водн) (окисление пирита), затем следует окисление железа в :

2Fe 2+ + О 2(г) + 10Н 2 О (ж) 4Fe(OH) 3(тв) + 8Н + (водн)

Окисление - происходит очень медленно при низких значе­ниях рН кислых рудниковых вод. Однако ниже рН 4,5 окисление железа катализируют Thiobacillus ferrooxidans и Leptospirillum. Окисное железо может далее взаимодействовать с пиритом:

FeS 2(тв) + 14 Fe 3+ (водн) + 8Н 2 О (ж) 15 Fe 2+ (водн) + 2SO 4 2- (водн) + 16Н + (водн)

При значениях рН намного выше 3 железо (III) осаждается как обычный оксид железа (III), гетит (FеООН):

Fe 3+ (водн) + 2Н 2 О (ж) FеООН + 3Н + (водн)

Осажденный гетит покрывает дно ручьев и кирпичную кладку в виде характерного желто-оранжевого налета.

Восстановленные железосодержащие силикаты, например некоторые оливины, пироксены и амфиболы, также могут пре­терпевать окисление:

Fe 2 SiO 4(тв) + 1/2O 2(г) + 5H 2 O (ж) 2Fe(OH) 3(тв) + H 4 SiO 4(водн)

Продуктами являются кремниевая кислота (H 4 SiO 4) и коллоид­ный гидроксид железа , слабое основание, которое при де­гидратации дает ряд оксидов железа, например Fе 2 O 3 (гематит - темно-красного цвета), FеООН (гетит и лепидокрокит - желтого цвета или цвета ржавчины). Частая встречаемость этих оксидов же­леза говорит об их нерастворимости в окислительных условиях зем­ной поверхности.

Присутствие воды ускоряет окислительные реакции, о чем сви­детельствует ежедневно наблюдаемое явление окисления металличе­ского железа (ржавчина). Вода действует как катализатор, окисли­тельный-потенциал зависит от парциального давления газообразного кислорода и кислотности раствора. При рН 7 вода в контакте с воз­духом имеет Еh порядка 810 мВ - окислительный потенциал, на­много больший того, который необходим для окисления закисного железа.

Окисление органического вещества. Окисление восстановлен­ного органического вещества в почвах катализируется микроор­ганизмами. Опосредованное бактериями окисление мертвого органи­ческого вещества до СО 2 важно с точки зрения образования кислот­ности. В биологически активных почвах концентрация СО 2 может в 10-100 раз превышать ожидаемую при равновесии с атмосферным СО 2 приводя к образованию угольной кислоты (Н 2 СО 3) и Н + при ее диссоциации. Чтобы упростить уравнения, орга­ническое вещество представлено обобщенной формулой для углево­да, СН 2 О:

СН 2 О (тв) + О 2(г) СО 2(г) + Н 2 О (ж)

СО 2(г) + Н 2 О (ж) Н 2 СО 3(водн)

Н 2 СО 3(водн) Н + (водн) + НСО 3 - (водн)

Эти реакции могут понизить водный рН почв от 5,6(значение, которое устанавливается при равновесии с атмосферным СО 2) до 4- 5. Это является упрощением, поскольку органическое вещество почв (гумус) не всегда полностью разлагается до СО 2 . Однако продукты частичного разрушения обладают карбоксильными (СООН) и фенольными группами, которые при диссоциации дают ионы Н + :

RCOOH (водн) RCOO - (водн) + Н + (водн)

где R означает большую органическую структурную единицу. Кислотность, накапливаемая при разложении органического вещества, используется при разрушении большинства силикатов в процессе кислотного гидролиза.

3. Кислотный гидролиз. Природные воды содержат растворимые вещества, которые придают им кислотность - это и диссоциации атмосферного СО 2 в дождевой воде, и частично диссоциация почвен­ного СО 2 с образованием Н 2 СО 3 , диссоциация природного и антропогенного диоксида серы (SO 2) с образованием Н 2 SO 3 и Н 2 SО 4 . Реак­цию между минералом и кислыми агентами выветривания обычно называют кислотным гидролизом. Выветривание СаСО 3 демонстри­рует следующая реакция:

СаСО 3(тв) + Н 2 СО 3(водн) Са 2+ (водн) + 2НСО 3 - (водн)

Кислотный гидролиз простого силиката, например богатого магнием оливина, форстерита, можно обобщить следующим образом:

Mg 2 SiO 4 (тв) + 4H 2 CO 3(водн) 2Mg 2+(водн) + 4НСО 3 - (водн) + H 4 SiO 4(водн)

Отметим, что при диссоциации Н 2 СО 3 образуется ионизирован­ный НСО 3 - , немного более сильная кислота, чем нейтральная моле­кула (Н 4 SiO 4), образующаяся при разложении силиката.

4. Выветривание сложных силикатов. До сих пор мы рассматри­вали выветривание мономерных силикатов (например, оливина), кото­рые полностью растворяются (конгруэнтное растворение). Это упро­щало химические реакции. Однако присутствие измененных в процессе выветривания минеральных остатков предполагает, что более распро­странено неполное растворение. Упрощенная реакция выветривания на примере богатого кальцием анортита:

CaAl 2 Si 2 O 8(тв) +2H 2 CO 3(водн) +H 2 O (ж) Ca 2+ (водн) +2HCO 3 - (водн) + Аl 2 Si 2 O 5 (OH) 4(тв)

Твердым продуктом реакции является каолинит Аl 2 Si 2 O 5 (OH) 4 , важный представитель глинистых минералов.

Строение и состав литосферы

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.

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%).

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).

Движения литосферы. Эпейрогенез. Орогенез. Геосинклинали и платформы, Вулканизмом (Самостоятельно)

Землетрясением называют быстрые движения земной коры, вызывающие в ней устойчивые (т.е. сохраняющиеся и после прекращения движения) изменения.

Глубина очагов землетрясений (гипоцентров) обычно не превышает 40-60 км, чаще всего 15-20 км.

Однако в отдельных случаях (преимущественно по окраинам бассейна Тихого океана) очаги лежат гораздо глубже – до 300-700 км. На Земле в среднем каждый год бывает более 100 тыс. землетрясений, из них около 10% ощущается людьми. Вместе с тем землетрясения распределены по Земле далеко не равномерно. Их почти не бывает в центральной части Тихого океана (кроме Гавайских островов) и на всех древних платформах материков, что говорит об отсутствии здесь процессов горообразования (Канада, Бразилия, Русская платформа, Африка, Индия, Австралия и Антарктида).

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.