Меню
Бесплатно
Регистрация
Главная  /  Диагностика  /  Строение литосферы. Понятие о тектонических плитах. Строение и состав литосферы земли Литосфера границы состав строение происхождение

Строение литосферы. Понятие о тектонических плитах. Строение и состав литосферы земли Литосфера границы состав строение происхождение

Инженерная геология, ее задачи и место в системе инженерных дисциплин.

Инженерная геология изучает природную, геологическую обстановку местности до начала строительства, а так же определяет и те изменения, которые произойдут в процессе эксплуатации и строительства сооружений. В настоящее время перед проектированием любого сооружения необходимо выполнить инженерно-геологические изыскания, которые определяют основные задачи проектирования: Выбор места, наиболее благоприятного в геологическом, отношении для данного сооружения. Выявление инженерно-геологических условий в целях выбора наиболее рациональных фундаментов, а также технологический процесс выполнения строительных работ. Рекомендации необходимых мероприятий по инженерному улучшению выбранной территории (это: замачивание грунтов, крепление, мелиорация и т.д). В настоящий период инженерная геология призвана решать самые сложные задачи при любых условиях строительства. Необходимость инженерно-геологического изучения нашей страны с целью обоснования регионального размещения объектов народного хозяйства и правильного освоения новых территорий дополняется также не только требованиями изучения инженерно-геологических условий, а и необходимостью разработки прогнозов развития современных геологических процессов и явлений в целях предотвращения стихийных бедствий. Геология наука о Земле, её строении, составе, и истории развития. Она является комплексной наукой, состоящей из различных многочисленных дисциплин: кристаллография - учение о кристаллах и кристаллическом строении веществ; минералогия - наука о минералах; петрография - наука о горных породах; динамическая геология - наука о процессах, протекающих на поверхности и внутри земли; историческая геология - наука об истории развития земли; гидрогеология - наука о подземных водах; геоморфология - наука о развитии рельефа земной коры. Инженерная геология - наука, изучающая геологические процессы верхних слоев земной коры и физико-механические свойства горных пород в связи с инженерно-строительной деятельностью человека. Основным объектом изучения геологии является литосфера и земная кора. Основоположником геологии является М. В. Ломоносов, В. М Севергин. Мы с вами будем изучать самый значительный для строительства раздел геологии "Инженерная геология"

Строение Земли, геосферы.

Форма Земли близка к шару, но сплюснута у полюсов. Такую форму называют сфероидом, но в связи с тем, что земная поверхность имеет впадины и горы, её назвали геоидом. Наша планета имеет концентрическое строение и состоит из ядра и оболочек. На поверхности земли находится водяная оболочка - гидросфера и атмосфера. Ядро земли (см. рисунок 1) предположительно имеет силикатный состав с большим содержанием железа. Радиус ядра примерно 3500 км, температура ядра 2000…25000. Промежуточная оболочка - границей является глубина 2900 км (см. рисунок 2). Состоит в основном из кремния, железа, магния. За промежуточной оболочкой, залегает перидотитовая, состоящая из силикатных пород, с преобладанием кремния и магния. Её верхняя часть содержит расплавленные массы. Здесь рождаются сейсмические явления. Наружная часть земли глубиной до 50…70 км, называется литосферой, она является источником минерального сырья.

Гидросфера - водная оболочка покрывает до 70% земной поверхности. Наибольшая глубина 11521 метров (Марианская впадина). Температура воды зависит от широты и глубины местности. Самая высокая +35,60 в Персидском заливе, самая низкая -2,80 в Ледовитом океане.

Биосфера - это среда жизнедеятельности организмов и связана с литосферой, гидросферой и атмосферой.

Атмосфера - окружает землю на высоте 3000 км. Она состоит из 3-х оболочек: тропосфера, стратосфера, ионосфера.

Тропосфера - приземной слой от 6-ти км до 18-ти км (у экватора). С удалением от поверхности температура резко падает и на высоте 10 - 12 км составляет 50 градусов.

Стратосфера - следующий слой высотой 80 - 90 км.

Ионосфера - верхняя часть атмосферы, переходящая на высоте З000 км в межпланетное пространство. Она имеет малую плотность и высокую ионизацию.

Строение литосферы. Понятие о тектонических плитах.

емная кора и верхняя (твердая) часть мантии образуют литосферу. Она представляет собой «шар» из твёрдого вещества радиусом около 6400км. Земная кора - внешняя оболочка литосферы. Состоит из осадочного, гранитного и базальтового слоев. Отличают океаническую и материковую земную кору. В составе первой отсутствует гранитный слой. Максимальная толщина земной коры около 70 км - под горными системами, 30- 40 км - под равнинами, наиболее тонкая земная кора - под океанами, всего 5- 10 км.

Остальную часть мы называем внутренней литосферой, которая включает также и центральную часть, называемую ядром. О внутренних слоях литосферы нам почти ничего не известно, хотя на их долю приходится почти 99,5% всей массы Земли. Их можно изучать только с помощью сейсмических исследований.

Литосфера разбита на блоки - литосферные плиты - это крупные жесткие блоки земной коры, которые двигаются по относительно пластичной астеносфере. Литосфера под океанами и континентами значительно различается.

Литосфера под океанами претерпела множество этапов частичного плавления в результате образования океанической коры, она сильно обеднена легкоплавкими редкими элементами и в основном состоит из дунитов и гарцбургитов.

Литосфера под континентами значительно холоднее, мощнее и, видимо, разнообразнее. Она не участвует в процессе мантийной конвекции, и претерпела меньше циклов частичного плавления. В целом она богаче несовместимыми редкими элементами. В её составе значительную роль играют лерцолиты, верлиты и другие богатые редкими элементами породы.

Литосфера расколота примерно на 10 больших плит, самые крупные - Евразийская, Африканская, Индо-Афстралийская, Американская, Тихоокеанская, Антарктическая. Литосферные плиты движутся с возвышающейся на них сушей. В основе теории движения литосферных плит - гипотеза А. Вегенера о дрейфе континентов.

Литосферные плиты постоянно меняют свои очертания, они могут раскалываться в результате рифтинга и спаиваться, образуя единую плиту в результате коллизии. С другой стороны, разделение земной коры на плиты не однозначно, и по мере накопления геологических знаний выделяются новые плиты, а некоторые границы плит признаются несуществующими. Движение литосферных плит обусловлено перемещением вещества в верхней мантии. В рифтовых зонах оно разрывает земную кору и расталкивает плиты. Большинство рифтов находится на дне океанов, где земная кора тоньше. На суше крупнейшие рифты расположены в районе Великих Африканских озер и озера Байкал. Скорость движения литосферных плит - -1-6 см в год.

При столкновении литосферных плит на их границах образуются: горные системы, если в зоне столкновения обе плиты несут материковую кору (Гималаи), и глубоководные желоба, если одна из плит несет океаническую кору (Перуанский желоб). С этой теорией согласуется предположение о существовании древних материков: южного - Гондваны и северного - Лавразии.

Границы литосферных плит - это подвижные области, где происходят горообразование, сосредоточены области землетрясений и большинство действующих вулканов (сейсмические пояса). Самые обширные сейсмические пояса - Тихоокеанский и Средиземноморского - Трансазиатский.

На глубине 120-150 км под материками и 60-400 км под океанами залегает слой мантии, называется астеносферой. Все литосферные плиты как бы плавают в полужидкой астеносфере, как льдины в воде.

В настоящее время тектоника плит представляет собой следующую картину. Современная литосфера делится на множество литосферных плит, однако 90% земной поверхности приходится на восемь основных плит. Земная поверхность бывает двух типов: океаническая кора (более молодая, так как она постоянно обновляется) и континентальная кора (более древняя). Литосферные плиты могут осуществлять различные типы движения относительно друг друга, выделяют три основных типа перемещения: во-первых, дивергенция, то есть расхождение между плитами; во-вторых, конвергенция, то есть схождение, сближение между плитами; в-третьих, сдвиговые перемещения по трансформным геологическим разломам. В настоящее время учёные полагают, что тектоника плит не играет решающей роли в глобальных изменениях климата, однако может оказывать вспомогательное воздействие на данные процессы.

Литосфера планеты Земля представляет собой твердую оболочку земного шара, которая включает в себя многослойные блоки, именуемые литосферными плитами. Как указывает Википедия, в переводе с греческого языка это «каменный шар». Имеет неоднородную структуру в зависимости от ландшафта и пластичности пород, находящихся в верхних слоях почвы.

Границы литосферы и расположение ее плит до конца не изучены. Современная геология располагает лишь ограниченным количеством данных о внутреннем устройстве земного шара. Известно, что литосферные блоки имеют границы с гидросферой и атмосферным пространством планеты. Они находятся в тесной взаимосвязи друг с другом и соприкасаются между собой. Непосредственно структура состоит из следующих элементов:

  1. Астеносфера. Слой с пониженной твердостью, который располагается в верхней части планеты по отношению к атмосфере. Местами имеет очень низкую прочность, склонен к разломам и вязкости, особенно если внутри астеносферы протекают грунтовые воды.
  2. Мантия. Это часть Земли под названием геосфера, находящаяся между астеносферой и внутренним ядром планеты. Имеет полужидкую структуру, а ее границы начинаются на глубине 70–90 км. Характеризуется высокими сейсмическими скоростями, а ее движение непосредственно влияет на мощность литосферы и активность ее плит.
  3. Ядро. Центр земного шара, который имеет жидкую этиологию, а от передвижения его минеральных компонентов и молекулярной структуры расплавленных металлов зависит сохранение магнитной полярности планеты и ее вращение вокруг своей оси. Основная составляющая земного ядра – это сплав железа и никеля.

Что такое литосфера? Фактически это твердая оболочка Земли, которая выступает в качестве промежуточного слоя между плодородным грунтом, минеральными отложениями, рудами и мантией. На равнине толщина литосферы составляет 35–40 км.

Важно! В горных районах этот показатель может достигать 70 км. В области таких геологических высот, как Гималайские или Кавказские горы, глубина данного слоя доходит до 90 км.

Строение Земли

Слои литосферы

Если рассматривать структуру литосферных плит более подробно, то их классифицируют на несколько прослоек, которые и формируют геологические особенности того или иного региона Земли. Они образуют основные свойства литосферы. Исходя из этого выделяют следующие слои твердой оболочки земного шара:

  1. Осадочный. Покрывает большую часть верхнего слоя всех земных блоков. В основном он состоит из вулканических горных пород, а также остатков органических веществ, которые за многие тысячелетия разложились на гумус. Плодородные почвы также входят в состав осадочного слоя.
  2. Гранитный. Это литосферные плиты, находящиеся в постоянном движении. Преимущественно состоят из сверхпрочного гранита и гнейса. Последний компонент представляет собой метаморфическую горную породу, подавляющая часть которой заполнена минералами из числа калиевого шпата, кварца и плагиоклаза. Сейсмическая активность данного слоя твердой оболочки находится на уровне 6,4 км/сек.
  3. Базальтовый. Преимущественно сложен из базальтовых отложений. Эта часть твердой оболочки Земли сформировалась под воздействием вулканической активности еще в древние времена, когда происходило формирование планеты и зарождались первые условия для развития жизни.

Что такое литосфера и ее многослойная структура? Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что это твердая часть земного шара, которая имеет неоднородный состав. Ее формирование происходило на протяжении нескольких тысячелетий, а качественный состав зависит от того, какие метафизические и геологические процессы протекали в конкретном регионе планеты. Влияние данных факторов отражается на мощности литосферных плит, их сейсмической активности по отношению к структуре Земли.

Слои литосферы

Океаническая литосфера

Данная разновидность земной оболочки существенно отличается от ее материковой части. Связано это с тем, что тесно переплетаются границы литосферных блоков и гидросферы, а в некоторых ее частях водное пространство распространено за пределы поверхностного слоя литосферных плит. Это касается донных разломов, впадин, пещеристых образований различной этиологии.

Океаническая кора

Именно поэтому плиты океанического типа имеют свою структуру и состоят из следующих слоев:

  • морские осадки, которые имеют общую толщину не менее 1 км (в глубоководных участках океана могут отсутствовать вовсе);
  • вторичный слой (отвечает за распространение средних и продольных волн, движущихся со скоростью до 6 км/сек., принимает активное участие в передвижении плит, чем провоцирует землетрясения различной мощности);
  • нижний слой твердой оболочки земного шара в области расположения океанического дна, который в основном сложен из габбро и граничит с мантией (средняя активность сейсмических волн составляет от 6 до 7 км/сек.).

Также выделяют переходный тип литосферы, расположенный в области океанической почвы. Он характерен для островных зон, сформировавшихся дугообразно. В большинстве случаев их появление связано с геологическим процессом движения литосферных плит, которые наслаивались друг на друга, образовывая такого рода неровности.

Важно! Подобную структуру литосферы можно встретить на окраинах Тихого океана, а также в некоторых частях Черного моря.

Полезное видео: литосферные плиты и современный рельеф

Химический состав

По наполнению органическими и минеральными соединениями литосфера не отличается разнообразием и в основном представлена в виде 8 элементов.

В большинстве своем это горные породы, которые образовались в период активного извержения вулканической магмы и движения плит. Химический состав литосферы выглядит следующим образом:

  1. Кислород. Занимает не менее 50 % всей структуры твердой оболочки, заполняя ее разломы, впадины и полости, формирующиеся во время передвижения плит. Играет ключевую роль в балансе компрессионного давления во время течения геологических процессов.
  2. Магний. Это 2,35 % процента твердой оболочки Земли. Его появление в составе литосферы связывают с магматической активностью в ранние периоды формирования планеты. Встречается на всей материковой, морской и океанической части планеты.
  3. Железо. Горная порода, являющаяся основным минералом литосферных плит (4,20 %). Ее основная концентрация это горные регионы земного шара. Именно в этой части планеты наибольшая плотность данного химического элемента. Не представлен в чистой форме, а находится в составе литосферных плит в перемешанном виде вместе с другими минеральными отложениями.

    4. 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.

    И любые негативные литосферные изменения способны усугубить глобальный кризис. Из данной статьи вы узнаете о том, что такое литосфера и литосферные плиты.

    Определение понятия

    Литосфера представляет собой внешнюю твердую оболочку земного шара, которая состоит из земной коры, части верхней мантии, осадочных и изверженных пород. Определить нижнюю ее границу довольно сложно, но принято считать, что литосфера заканчивается с резким уменьшением вязкости горных пород. Литосфера занимает всю поверхность планеты. Толщина ее слоя не везде одинакова, она зависит от рельефа местности: на континентах - 20-200 километров, а под океанами - 10-100 км.

    Литосфера Земли по большей части состоит из магматических изверженных пород (около 95 %). Среди этих пород преобладают гранитоиды (на континентах) и базальты (под океанами).

    Некоторые думают, что понятия «гидросфера»/«литосфера» означают одно и тоже. Но это далеко не так. Гидросфера - это своеобразная водная оболочка земного шара, а литосфера - твердая.

    Геологическое строение земного шара

    Литосфера как понятие включает в себя также геологическое строение нашей планеты, поэтому, чтобы понять, что такое литосфера, его следует детально рассмотреть. Верхняя часть геологического слоя называется земной корой, толщина его варьируется от 25 до 60 километров на континентах, и от 5 до 15 километров - в океанах. Нижний слой называется мантией, отделяется от земной коры разделом Мохоровичича (где резко изменяется плотность вещества).

    Земной шар состоит из земной коры, мантии и ядра. Земная кора - твердое вещество, но ее плотность резко меняется на границе с мантией, то есть на линии Мохоровичича. Поэтому плотность земной коры - величина нестойкая, но среднюю плотность данного слоя литосферы можно вычислить, равняется она 5,5223 грамм/см 3 .

    Земной шар представляет собой диполь, то есть магнит. Земные магнитные полюса располагаются в южном и северном полушариях.

    Слои литосферы Земли

    Литосфера на континентах состоит из трех слоев. И ответ на вопрос о том, что такое литосфера, не будет полным без их рассмотрения.

    Верхний слой строится из самых разнообразных осадочных пород. Средний условно называется гранитным, но состоит не только из гранитов. Например, под океанами гранитовый слой литосферы вообще отсутствует. Приблизительная плотность среднего слоя составляет 2,5-2,7 грамм/см 3 .

    Нижний слой также условно называется базальтовым. Он состоит из более тяжелых пород, его плотность, соответственно, больше - 3,1-3,3 грамм/см 3 . Нижний базальтовый слой располагается под океанами и материками.

    Классифицируют также и земную кору. Различают материковый, океанический и промежуточный (переходный) типы земной коры.

    Строение литосферных плит

    Литосфера сама по себе не является однородной, она состоит из своеобразных блоков, которые называются литосферными плитами. Они включают в себя как океаническую, так и материковую земную кору. Хотя есть случай, который можно считать исключением. Тихоокеанская литосферная плита состоит только из океанической коры. Состоят литосферные блоки из складчатых метамофизованных и магматических пород.

    Каждый материк имеет в своем основании древнюю платформу, границы которой определяются горными хребтами. Непосредственно на площади платформы располагаются равнины и только отдельные горные хребты.

    На границах литосферных плит довольно часто наблюдается сейсмическая и вулканическая активность. Различают три типа литосферных границ: трансформные, конвергентные и дивергентные. Очертания и границы литосферных плит довольно часто меняются. Мелкие литосферные плиты соединяются между собой, а крупные - наоборот, раскалываются.

    Перечень литосферных плит

    Принято выделять 13 основных литосферных плит:

    • Филиппинская плита.
    • Австралийская.
    • Евразийская.
    • Сомалийская.
    • Южно-Американская.
    • Индостанская.
    • Африканская.
    • Антарктическая плита.
    • Плита Наска.
    • Тихоокеанская;
    • Северо-Американская.
    • Плита Скотия.
    • Аравийская плита.
    • Плита Кокос.

    Итак, мы дали определение понятия «литосфера», рассмотрели геологическое строение Земли и литосферных плит. С помощью этой информации можно теперь с уверенностью ответить на вопрос о том, что такое литосфера.