Два типа земной коры. Строение и типы земной коры

В строении земной коры участвуют все описанные типы горных пород - магматические, осадочные и метаморфические, залегающие выше границы Мохо. Как в пределах континентов, так и в пределах океанов выделяются подвижные пояса и относительно устойчивые площади земной коры. На континентах к устойчивым площадям относятся обширные равнинные пространства - платформы (Восточно-Европейская, Сибирская), в пределах которых располагаются наиболее устойчивые участки - щиты (Балтийский, Украинский), представляющие собой выходы древних кристаллических горных пород. К подвижным поясам относятся молодые горные сооружения, такие, как Альпы, Кавказ, Гималаи, Анды и другие (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1. Обобщенный профиль дна океана (по О. К. Леонтьеву)

Материковые структуры не ограничиваются только континентами, в ряде случаев они протягиваются в океан, образуя так называемую подводную окраину материков, состоящую из шельфа, глубиной до 200 м, континентального склона с подножьем до глубин 2500 -3000 м. В пределах океанов также выделяются стабильные области - океанские платформы - значительные площади ложа океана - обширные абиссальные (греч. "абиссос" - бездна) равнины глубиной 4 -6 км, и подвижные пояса, к которым относятся срединно-океанские хребты и активные окраины Тихого океана с развитыми окраинными морями (Охотское, Японское и др.), островными дугами (Курильские, Японские и др.) и глубоководными желобами (глубиной 8-10 км и более).

На первых этапах геофизических исследований выделялись два основных типа земной коры: 1) континентальный и 2) океанский, резко отличающиеся друг от друга строением и мощностью слагающих пород. В последующем стали выделять два переходных типа: 1) субконтинентальный и 2) субокеанский (рисунок 3.2).

Условные обозначения:

1 - вода; 2 - осадочный слой; 3 - гранитный слой; 4 - базальтовый слой континентальной коры; 5 - базальтовый слой океанической коры; 6 - магматический слой океанической коры; 7 - вулканические острова; 8,9 - мантия (ультраосновные магматические породы).

Рисунок 3.2 - Схема строения различных типов земной коры

Континентальный тип земной коры

Континентальный тип земной коры. Мощность континентальной земной коры изменяется от 35-40 (45) км в пределах платформ до 55-70 (75) км в молодых горных сооружениях. Континентальная кора продолжается и в подводные окраины материков. В области шельфа ее мощность уменьшается до 20-25 км, а на материковом склоне (на глубине около 2,0-2,5 км) выклинивается. Континентальная кора состоит из трех слоев. Первый - самый верхний слой представлен осадочными горными породами, мощностью от 0 до 5 (10) км в пределах платформ, до 15-20 км в тектонических прогибах горных сооружений. Скорость продольных сейсмических волн (Vp) меньше 5 км/с. Второй - традиционно называемый "гранитный" слой на 50% сложен гранитами, на 40% - гнейсами и другими в разной степени метаморфизованными породами. Исходя из этих данных, его часто называют гранитогнейсовым или гранитометаморфическим. Его средняя мощность составляет 15-20 км (иногда в горных сооружениях до 20 - 25 км). Скорость сейсмических волн (Vp) - 5,5-6,0 (6,4) км/с. Третий, нижний слой называется "базальтовым". По среднему химическому составу и скорости сейсмических волн этот слой близок к базальтам.

Однако высказывается предположение, что он сложен основными интрузивными породами типа габбро, а также метаморфическими породами амфиболитовой и гранулитовой фаций метаморфизма, не исключается наличие и ультраосновных пород. Правильнее называть этот слой гранулито-базитовым (базит - основная порода). Его мощность изменяется от 15-20 до 35 км. Скорость распространения волн (Vp) 6,5-6,7 (7,4) км/с. Граница между гранитометаморфическим и гранулито-базитовым слоями получила название сейсмического раздела Конрада. Долгое время господствовало представление о том, что граница Конрада существует в континентальной коре повсеместно. Однако последующие данные глубинного сейсмозондирования показали, что поверхность Конрада далеко не всюду выражена, а фиксируется лишь в отдельных местах. Естественно возникают новые интерпретации строения континентальной земной коры. Так, Н. И. Павленковой и другими предложена четырехслойная модель (рис. 3.3). В этой модели выделяется верхний осадочный слой с четкой скоростной границей, обозначенной Ко. Ниже расположенные части земной коры объединены в понятие кристаллический фундамент, или консолидированная кора, внутри которой выделяются три слоя: верхний, промежуточный и нижний, разделенные границами К1 и К2. Отмечается достаточная устойчивость границы К2 - между промежуточным и нижним этажами. Верхний этаж характеризуется вертикально-слоистой структурой и дифференцированностью отдельных блоков по составу и физическим параметрам. Для промежуточного этажа отмечается тонкая горизонтальная расслоенность и наличие отдельных пластин с пониженной скоростью сейсмических волн (Vp) - 6 км/с (при общей скорости в слое 6,4-6,7 км/с) и аномальной плотностью.

На основании этого делается вывод, что промежуточный слой может быть отнесен к ослабленному слою, по которому возможны горизонтальные подвижки вещества. В настоящее время и другие исследователи обращают внимание на наличие отдельных линз в континентальной коре с относительно (на 0,1-0,2 км/с) пониженными скоростями сейсмических волн на глубинах 10-20 км, при мощности линз 5-10 км. Предполагают, что эти зоны (или линзы) связаны с сильной трещиноватостью и обводненностью пород.

Данные С. Р. Тейлора указывают также, что в пределах континентальной коры нет единого слоя с пониженной скоростью, а отмечается прерывистая расслоенность. Все сказанное свидетельствует о большой сложности континентальной земной коры и неоднозначности его интерпретации. Достаточно убедительным доказательством этого являются данные, полученные при бурении сверхглубокой Кольской скважины, достигшей уже глубины свыше 12 км. По предварительным сейсмическим данным, в районе заложения скважины граница между "гранитным" и "базальтовым" слоями должна бы быть встречена на глубине около 7 км. В действительности никакого геофизического "базальтового" слоя не оказалось. На этой глубине под мощной метаморфизованной вулканогенно-осадочной толщей протерозойского возраста были вскрыты плагиоклазовые гнейсы, гранито-гнейсы, амфиболиты - породы среднетемпературной стадии метаморфизма, процентное содержание которых увеличивается с глубиной. Что же послужило причиной изменения скорости сейсмических волн (от 6,1 до 6,5-6,6 км/с) на глубине около 7 км, где предполагалось наличие геофизического "базальтового" слоя? Возможно, что это связано с амфиболитами и их ролью в изменении упругих свойств пород. Возможно также, что указанная ранее (до бурения скважины) граница связана не с изменением состава пород, а с увеличением поля напряжения, обусловленного интенсивными деформациями и неоднократными проявлениями метаморфизма.

Земля состоит из нескольких оболочек: атмосфера, гидросфера, биосфера, литосфера.

Биосфера – особая оболочка земли, область жизнедеятельности живых организмов. Она включает в себя нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы. Литосфера – наиболее твердая оболочка земли:

Строение:

земная кора

мантия (Si, Ca, Mg, O, Fe)

внешнее ядро

внутреннее ядро

центр земли – температура 5-6 тыс о С

Состав ядра – Ni\Fe; плотность ядра – 12,5 кг/см 3 ;

Кимберлиты - (от названия г. Кимберли в Южной Африке), магматическая ультраосновная брекчиевидная горная порода эффузивного облика, выполняющая трубки взрыва. Состоит в основном из оливина, пироксенов, граната пироп-альмандинового ряда, пикроильменита, флогопита, реже - циркона, апатита и др. минералов, включенных в мелкозернистую основную массу, обычно измененную поствулканическими процессами до серпентин-карбонатного состава с перовскитом, хлоритом и т.д.

Эклогит - метаморфическая горная порода состоящая из пироксена с высоким содержанием жадеитового минала (омфацита) и граната гроссуляр-пироп-альмандинового состава, кварца и рутила. По химическому составу эклогиты идентичны магматическим породам основного состава - габбро и базальтам.

Строение земной коры

Толщина слоя =5-70 км; высокогорье -70 км, дно моря- 5-20 км, в среднем 40-45 км. Слои: осадочный, гранитно-гнейсовый (в океанической коре нет), гранитно-бозитовый (базальтовый)

Земная кора – это комплекс горных пород, залегающих выше границы Мохоровичича. Горные породы представляют собой закономерные агрегаты минералов. Последние состоят из различных химических элементов. Химический состав и внутренняя структура минералов зависят от условий их образования и определяют свойства. В свою очередь, строение и минеральный состав горных пород указывают на происхождение последних и позволяют определять породы в полевых условиях.

Выделяют два типа земной коры – континентальную и океаническую, резко различающихся составом и строением. Первая, более легкая, формирует возвышенные участки – континенты с их подводными окраинами, вторая занимает дно оеканиеских впадин(2500-3000м). Континентальная кора состоит из трех слоев - осадочного, гранито- гнейсового и гранулито-базитового, мощностью от 30-40 км на равнинах до 70-75 км под молодыми горами. Океанская кора мощностью до 6-7 км имеет трехслойное строение. Под маломощным слоем рыхлых осадков залегает второй океанский слой, состоящий из базальтов, третий слой сложен габбро с подчиненными ультрабазитами. Континентальная кора обогащена кремнеземом и легкими элементами – Al, натрием, калием, С, по сравнению с океаническиой.

Континентальная (материковая) земная кора характеризуется большой мощностью – в среднем 40 км, местами достигая 75 км. Она состоит из трех «слоев». Сверху залегает осадочный слой, образованный осадочными породами различного состава, возраста, генезиса и степени дислоцированности. Мощность его изменяется от нуля (на щитах) до 25 км (в глубоких впадинах, например, Прикаспийской). Ниже залегает «гранитный» (гранитно-метаморфический) слой, состоящий главным образом из кислых пород, по составу близких к граниту. Наибольшая мощность гранитного слоя отмечается под молодыми высокими горами, где она достигает 30 км и более. В пределах равнинных участков материков мощность гранитного слоя уменьшается до 15-20 км. Под гранитным слоем залегает третий, «базальтовый», слой, получивший свое название также условно: сейсмические волны проходят через него с такими же скоростями, с которыми в экспериментальных условиях они проходят через базальты и близкие к ним породы. Третий слой мощностью 10-30 км сложен сильно метаморфизованными породами преимущественно основного состава. Поэтому его еще называют гранулито-базитовым.

Кора океанического типа резко отличается от континентальной. На большей части площади дна океана мощность ее колеблется от 5 до 10 км. Своеобразно и ее строение: под осадочным слоем мощностью от нескольких сотен метров (в глубоководных котловинах) до 15 км (вблизи континентов) залегает второй слой, сложенный подушечными лавами с тонкими прослоями осадочных пород. Нижняя часть второго слоя сложена своеобразным комплексом параллельных даек базальтового состава. Третий слой океанической коры мощностью 4-7 км представлен кристаллическими магматическими породами преимущественно основного состава (габбро). Таким образом, важнейшей специфической особенностью океанической коры являются ее малая мощность и отсутствие гранитного слоя.

Различают 2 основных вида земной коры: континентальный и океанический и 2 переходных типа – субконтинентальный и субокеанический (см.рис.).

1- осадочные породы;

2- вулканические породы;

3- гранитный слой;

4- базальтовый слой;

5- граница Мохоровичича;

6- верхняя мантия.

Континентальный тип земной коры имеет мощность от 35 до 75 км., в области шельфа – 20 – 25 км., а на материковом склоне выклинивается. Выделяют 3 слоя континентальной коры:

1 – ый – верхний, сложенный осадочными горными породами мощностью от 0 до 10 км. на платформах и 15 – 20 км. в тектонических прогибах горных сооружений.

2 – ой – средний «гранитно – гнейсовый» или «гранитный» - 50 % граниты и 40 % гнейсы и др. метаморфизированные породы. Его средняя мощность – 15 – 20 км. (в горных сооружениях до 20 – 25 км.).

3 – ий – нижний, «базальтовый» или «гранитно - базальтовый», по составу близок к базальту. Мощность от 15 – 20 до 35 км. Граница между «гранитовым» и «базальтовым» слоями – раздел Конрада.

По современным данным океанический тип земной коры также имеет трехслойное строение мощностью от 5 до 9 (12) км., чаще 6 –7 км.

1 – ый слой – верхний, осадочный, состоит из рыхлых осадков. Его мощность – от нескольких сот метров до 1 км.

2 – ой слой – базальты с прослоями карбонатных и кремниевых пород. Мощность от 1 – 1,5 до 2,5 – 3 км.

3 – ий слой – нижний, бурением не вскрыт. Сложен основными магматическими породами типа габрро с подчиненными, ультраосновными породами (серпентинитами, пироксенитами).

Субконтинентальный тип земной поверхности по строению аналогичен континентальному, но не имеет четко выраженного раздела Конрада. Этот тип коры связан обычно с островными дугами – Курильскими, Алеутскими и окраинами материков.

1 – ый слой – верхний, осадочно – вулканогенный, мощность – 0,5 – 5 км. (в среднем 2 – 3 км.).

2 – ой слой – островодужный, «гранитный», мощность 5 – 10 км.

3 – ий слой – «базальтовый», на глубинах 8 – 15 км., мощностью от 14 – 18 до 20 – 40 км.

Субокеанический тип земной коры приурочен к котловинным частям окраинных и внутриконтинентальных морей (Охотское, Японское, Средиземное, Черное и др.). По строению близок к океаническому, но отличается повышенной мощностью осадочного слоя.

1 – ый верхний – 4 – 10 и более км., располагается непосредственно на третьем океаническом слое мощностью 5 – 10 км.

Суммарная мощность земной коры – 10 – 20 км., местами до 25 – 30 км. за счет увеличения осадочного слоя.

Своеобразное строение земной коры отмечается в центральных рифтовых зонах срединно – океанических хребтов (срединно – атлантический). Здесь, под вторым океаническим слоем располагается линза (или выступ) низкоскоростного вещества (V = 7,4 – 7,8 км / с). Предполагают, что это либо выступ аномально разогретой мантии, или смесь корового и мантийного вещества.

Структура земной коры

На поверхности Земли, на материках в разных местах обнаруживаются горные породы разного возраста.

Некоторые районы материков сложены на поверхности наиболее древними породами архейского (AR) и протерозойского возраста (PT). Они очень метаморфизованы: глины превратились в метаморфические сланцы, песчаники - в кристаллические кварциты, известняки - в мраморы. Среди них много гранитов. Площади, на поверхность которых выходят эти наиболее древние породы, называются кристаллическими массивами или щитами (Балтийский, Канадский, Африканский, Бразильский и т. д.).

Другие области на материках заняты породами преимущественно более молодого - палеозойского, мезозойского, кайнозойского (Pz, Mz, Kz) возраста. Это, в основном, осадочные породы, хотя среди них встречаются и породы магматического происхождения, излившиеся на поверхность в виде вулканической лавы или внедрившиеся и застывшие на некоторой глубине. Существуют две категории площадей суши: 1) платформы - равнины: пласты осадочных пород залегают спокойно, почти горизонтально, в них наблюдаются редкие и небольшие складки. В таких породах очень мало магматических, особенно интрузивных, пород; 2) складчатые зоны (геосинклинали) - горы: осадочные породы сильно смяты в складки, пронизаны глубокими трещинами; часто встречаются внедрившиеся или излившиеся на поверхность магматические породы. Различия между платформами или складчатыми зонами заключаются в возрасте лежащих спокойно или смятых в складки пород. Поэтому платформы бывают древние и молодые. Говоря, что платформы могли образоваться в разное время, мы тем самым указываем на разный возраст складчатых зон.

Карты, изображающие расположение платформ и складчатых зон разного возраста и некоторые другие особенности строения земной коры называются тектоническими. Они служат дополнением геологических карт, представляющих наиболее объективные геологические документы, освещающие строение земной коры.

Типы земной коры

Толщина земной коры не одинакова под материками и океанами. Она больше под горами и равнинами, тоньше под океаническими островами и океанами. Поэтому выделяют два основных типа земной коры - материковый (континентальный) и океанический.

Средняя толщина материковой коры составляет 42 км. Но в горах она увеличивается до 50-60 и даже до 70 км. Тогда говорят о "корнях гор". Средняя толщина океанической коры - около 11 км.

Таким образом, материки представляют как бы излишние нагромождения масс. Но эти массы должны были бы создавать более сильное притяжение, а в океанах, где притягивающим телом является более лёгкая вода, сила тяжести должна была бы ослабевать. Но на самом деле таких различий нет. Сила тяжести всюду на материках и океанах приблизительно одинакова. Отсюда получается вывод: материковые и океанические массы уравновешены. Они подчиняются закону изостазии (равновесия), который читается так: дополнительным массам на поверхности материков соответствует недостаток масс на глубине, и наоборот - недостатку масс на поверхности океанов должны соответствовать какие-то тяжёлые массы на глубине.

Существуют два основных типа земной коры - материковый и океанический - и три переходных, или промежуточных, типа - субматериковый, субокеанический и материковой коры с редуцированным гранитным слоем (рис.1 ).

Рис. 1. Строение земной коры материков и океанов:

1 - воды, 2 - осадочные породы, 3 - гранитно-метаморфический слой, 4 - базальтовый слой, 5 - мантия Земли (М - поверхность Мохоровичича), 6 - участки мантии, сложенные породами повышенной плотности, 7 - участки мантии, сложенные породами пониженной плотности, 8 - глубинные разломы, 9 - вулканический конус и магматический канал

Материковаякора домезозойского возраста характеризуется большой её мощностью (в среднем 58 км, местами до 80 км). Она обычно состоит из верхнего слоя осадочных пород (средней мощностью 15 км), гранитного слоя (13 км) и подстилающего слоя базальтов (30 км). Этот тип коры слагает материки, образовавшиеся не позднее начала мезозоя, материковую отмель (шельф), материковый склон и материковое подножие.

Океаническая кора молодая, образовалась не раньше начала мезозоя и продолжает формироваться и ныне в океанах, где в результате горизонтального перемещения материков они удаляются друг от друга. Средняя мощность океанической коры 7 км. Состоит она из трёх слоёв: верхний слой - относительно рыхлые морские осадки, второй слой (надбазальтовый) - прослои базальтовых лав и литифицированных осадков (уплотнённых осадков, превратившихся в горную породу), третий слой - базальтовый. К зонам разрыва и раздвижения океанической коры приурочены срединно-океанические хребты, в области которых мощность коры многократно возрастает. Океаническая кора слагает дно океанов, образовавшихся в мезозое.

Субматериковая кора по строению близка материковой коре, хотя обычно уступает ей по мощности. Слагает островные дуги, отделяющиеся от материка краевыми морями. Таковы островные дуги западной части Тихого океана. Природные процессы протекают с большими скоростями, как в геосинклинальных областях материков.

Субокеаническая кора слагает глубинные части краевых морей, отделяющих островные дуги от материков. По составу и строению она близка океанической коре, но не составляет с ней единого целого. Таким типом коры сложены глубинные части Охотского, Японского, Восточно-Китайского, Южно-Китайского и других морей.

Материковая кора с редуцированным гранитным слоем - формируется в случаях её погружения ниже уровня океана, при этом гранитный слой под воздействием высоких температур и давления приблизившейся мантии частично распадается и перекристаллизуется в базальты. Такие процессы имеют место в областях погрузившихся в кайнозое участков Гондваны и суши Тасмантис.

Земная кора - верхняя часть литосферы. В масштабах всего земного шара её можно сравнить с тончайшей плёнкой - столь незначительна её мощность. Но даже эту самую верхнюю оболочку планеты мы знаем не очень хорошо. Как же можно узнать о строении земной коры, если даже самые глубокие скважины, пробуренные в коре, не выходят за первый десяток километров? На, помощь учёным приходит сейсмолокация. Расшифровывая скорость прохождения сейсмических волн через разные среды, можно получить данные о плотности земных слоёв, сделать вывод об их составе. Под континентами и океаническими впадинами строение земной коры различно.

ОКЕАНИЧЕСКАЯ КОРА

Океаническая земная кора более тонкая (5-7 км), чем континентальная, и состоит из двух слоёв - нижнего базальтового и верхнего осадочного. Ниже базальтового слоя находится поверхность Мохо и верхняя мантия. Рельеф дна океанов очень сложен. Среди разнообразных форм рельефа особенно выделяются огромные срединно-океанические хребты. В этих местах происходит зарождение молодой базальтовой океанической коры из вещества мантии. Через глубинный разлом, проходящий вдоль вершин по центру хребта - рифт, магма выходит на поверхность, растекаясь в разные стороны в виде лавовых подводных потоков, постоянно раздвигая в разные стороны стенки рифтового ущелья. Этот процесс называется спредингом.

Срединно-океанические хребты возвышаются над дном океанов на несколько километров, а их протяженность достигает 80 тыс. км. Хребты рассекаются параллельными поперечными разломами. Их называют трансформными. Рифтовые зоны - самые неспокойные сейсмические зоны Земли. Базальтовый слой перекрывают толщи морских осадочных отложений - илов, глин разного состава.

КОНТИНЕНТАЛЬНАЯ КОРА

Континентальная земная кора занимает меньшую площадь (около 40% поверхности Земли - прим.), но имеет более сложное строение и гораздо большую мощность. Под высокими горами её толщина измеряется 60-70 километрами. Строение коры континентального типа трёхчленное - базальтовый, гранитный и осадочный слои. Гранитный слой выходит на поверхность на участках, именуемых щитами. Например, Балтийский щит, часть которого занимает Кольский полуостров, сложен породами гранитного состава. Именно здесь велось глубокое бурение, и Кольская сверхглубокая скважина достигла отметки 12 км. Но попытки пробурить весь гранитный слой насквозь оказались неудачными.

Шельф - подводная окраина материка - также имеет континентальную кору. То же относится и к крупным островам - Новой Зеландии, островам Калимантан, Сулавеси, Новая Гвинея, Гренландия, Сахалин, Мадагаскар и другим. Окраинные моря и внутренние моря, такие как Средиземное, Чёрное, Азовское, расположены на коре континентального типа.

Говорить о базальтовом и гранитном слоях континентальной коры можно лишь условно. Имеется в виду, что скорость прохождения сейсмических волн в этих слоях сходна со скоростью прохождения их в породах базальтового и гранитного состава. Граница гранитного и базальтового слоев выделяется не очень чётко и изменяется по глубине. Базальтовый слой граничит с поверхностью Мохо. Верхний осадочный слой меняет свою толщину в зависимости от рельефа поверхности. Так, в горных районах он тонкий или вообще отсутствует, так как внешние силы Земли перемещают рыхлый материал вниз по склонам - прим.. Зато в предгорьях, на равнинах, в котловинах и впадинах он достигает значительных мощностей. Например, в Прикаспийской низменности, которая испытывает погружение, осадочный слой достигает 22 км.

ИЗ ИСТОРИИ КОЛЬСКОЙ СВЕРХГЛУБОКОЙ СКВАЖИНЫ

С момента начала бурения этой скважины в 1970 году ученые ставили сугубо научную задачу этого эксперимента: определить границу между гранитным и базальтовым слоями. Место было выбрано с учетом того, что именно в районах щитов гранитный слой, не перекрытый осадочным, может быть пройден «насквозь», что позволило бы прикоснуться к породам базальтового слоя, увидеть разницу. Ранее предполагалось, что такая граница на Балтийском щите, где на поверхность выходят древние магматические породы, должна находиться на глубине примерно 7 км.

За несколько лет бурения скважина неоднократно отклонялась от заданного вертикального направления, пересекая пласты с разной прочностью. Иногда буры ломались, и тогда приходилось начинать бурение заново, обходными стволами. Материал, который доставлялся на поверхность, исследовался разными учеными и постоянно приносил удивительные открытия. Так, на глубине около 2 км были найдены медно-никелевые руды, а с глубины 7 км был доставлен керн (так называется образец породы из бура в виде длинного цилиндра - прим. от сайт), в котором были обнаружены окаменевшие остатки древних организмов.

Но, пройдя более 12 км к 1990 году, скважина так и не вышла за пределы гранитного слоя. В 1994 году бурение было остановлено. Кольская сверхглубокая - не единственная в мире скважина, которую закладывали для глубокого бурения. Подобные эксперименты велись в разных местах несколькими странами. Но только Кольская достигла таких отметок, за что была занесена в Книгу рекордов Гиннесса.