Образование и строение океанов и материков. Строения земной коры материков и океанов

Работа № 1, 2016-2017 учебный год

Строения земной коры материков и океанов

Внешняя оболочка Земли называется земной корой . Нижняя граница земной коры была объективно установлена с помощью сейсмографических исследований в начале ХХ в. хорватским геофизиком А. Мохоровичичем на основании скачкообразного возрастания на определенной глубине скорости прохождения волн. Это указывало на увеличение плотности пород и изменение их состава. Граница получила название поверхности Мохоровичича (Мохо). Ниже этой границы действительно залегают плотные ультраосновные породы верхней мантии, обедненные кремнеземом и обогащенные магнием (перидотиты, дуниты и др.). По глубине залегания поверхности Мохо определяют мощность земной коры, которая под континентом толще, чем под океанами.

При изучении земной коры было обнаружено также неодинаковое строение ее под материками, включая их подводные окраины, океаническими впадинами.

Континентальная (материковая) кора состоит из маломощного прерывистого осадочного слоя; второго гранитно-метаморфического слоя (граниты, гнейсы, кристаллические сланцы и др.) и третьего, так называемого базальтового слоя , который, вероятнее всего, состоит из плотных метаморфических (гранулиты, эклогиты) и магматических (габбро) пород. Максимальная мощность континентальной земной коры 70-75 км под высокими горами – Гималаями, Андами и др.

Океаническая кора тоньше, и в ней нет гранитно-метаморфического слоя. Сверху залегает маломощный слой неуплотненных осадков. Ниже второй – базальтовый слой, в верхней части которого базальтовые подушечные лавы чередуются с тонкими прослоями осадочных пород, в нижней – комплекс параллельных даек базальтового состава. Третий слой состоит из магматических кристаллических пород преимущественно основного состава (габбро и др.). Мощность океанической коры 6-10 км.

В переходных зонах от материков к ложу океанов – современных подвижных поясах – выделяют переходные субконтинентальный и субокеанический типы земной коры средней мощности.

Основную массу земной коры слагают магматические и метаморфические породы, хотя их выходы на дневную поверхность невелики. Из магматических пород наиболее распространены интрузивные породы – граниты и эффузивные – базальты, из метаморфических – гнейсы, глинистые сланцы, кварциты и др.

На поверхности Земли за счет многих внешних факторов скапливаются различные осадки, которые потом в течение нескольких миллионов лет в результате диагенеза (уплотнения и физико-биохимических изменений) превращаются в осадочные горные породы: глинистые, обломочные, химические и др.

Внутренние рельефообразующие процессы

Горы, равнины и возвышенности отличаются высотой, характером залегания горных пород, временем и способом образования. В их создании участвовали и внутренние и внешние силы Земли. Все современные рельефообразующие факторы разделяются на две группы: внутренние (эндогенные ) и внешние (экзогенные ).

Энергетической основой внутренних рельефообразующих процессов является энергия, идущая из глубин земли - ротационная, радиоактивный распад и энергия геохимических аккумуляторов. Ротационная энергия связана с освобождением энергии при замедлении вращения Земли вокруг своей оси из-за влияния трения (доли секунд за тысячелетия). Энергия геохимических аккумуляторов - это накопившаяся за многие тысячелетия в горных породах энергия Солнца, которая высвобождается при погружении пород во внутренние слои.

Экзогенные (внешние силы) называются так потому, что основной источник их энергии находятся вне Земли - это энергия, непосредственно поступающая от Солнца. Для проявления действия экзогенных сил должны быть задействованы неровности земной поверхности, создающие разность потенциалов и возможность перемещения частиц под действием силы тяжести.

Внутренние силы, стремятся к созданию неровностей, а внешние - к выравниванию этих неровностей.

Внутренние силы создают структуру (основу) рельефа, а внешние силы выступают в роли скульптора, обрабатывая" созданные внутренними силами неровности. Поэтому эндогенные силы иногда называют первичными, а внешние - вторичными. Но это не значит, что внешние силы слабее внутренних. За геологическую историю результаты проявления этих сил сопоставимы.

Происходящие внутри Земли процессы мы можем наблюдать в тектонических движениях, землетрясениях и вулканизме. Тектоническими движениями называют всю совокупность горизонтальных и вертикальных движений литосферы. Они сопровождаются возникновением разломов и складок земной коры.

Долгое время в науке господствовала "платформенно-геосинклинальная" концепция развития рельефа Земли. Суть ее заключается в выделении спокойных и подвижных участков земной коры, платформ и геосинклиналей. Предполагается, что эволюция структуры земной коры идет от геосинклиналей к платформам. В развитии геосинклиналей различают два крупных этапа.

Первый (основной по продолжительности) этап погружения с морским режимом, накоплением мощной (до 15-20 км) толщи осадочных и вулканических горных пород, излиянием лав, метаморфизмом, а впоследствии со складчатостью. Второй этап (меньший по продолжительности) - складкообразование и разрывы при общем поднятии (горообразование), в результате чего образуются горы. Горы в последствии разрушаются под действием экзогенных сил.

В последние десятилетия большинство ученых придерживается другой гипотезы - гипотезы литосферных плит . Литосферные плиты - это обширные участки земной коры, которые движутся по астеносфере со скоростью 2-5 см/год. Различают материковые и океанические плиты, при их взаимодействии более тонкий край океанической плиты погружается под край континентальной плиты. В результате образуются горы, глубоководные желоба, островные дуги (например, Курильский желоб и Курильские острова, Атакамский желоб и горы Анды). При столкновении континентальных плит образуются горы (к примеру, Гималаи при столкновении Индо-Австралийской и Евразийской плит). Перемещения плит могут вызываться конвективными движениями вещества мантии. В местах подъема этого вещества образуются разломы, и плиты начинают двигаться. Внедряющаяся по разломам магма застывает и наращивает края расходящихся плит - так образуются срединно-океанические хребты , протянувшиеся по дну всех океанов и образовавшие единую систему протяженностью 60 000 км. Высота их достигает 3 км, а ширина тем больше, чем больше скорость раздвижения.
Количество литосферных плит непостоянно - они соединяются и разделяются на части при образовании рифтов, крупных линейных тектонических структур, типа глубоких ущелий в осевой части срединно-океанических хребтов. Считают, что в палеозое, например, современные южные материки представляли собой один материк - Гондвану , северные -Лавразию , а еще раньше существовал единый суперматерик - Пангея и один океан.
Наряду с медленными горизонтальными движениями в литосфере происходят и вертикальные. При столкновении плит или при изменении нагрузки на поверхность, например, вследствие таяния больших ледниковых покровов происходит поднятие (Скандинавский полуостров до сих пор испытывает поднятие). Такие колебания называются гляциоизостатическими .

Тектонические движения земной коры неоген-четвертичного времени называются неотектоническими. Эти движения проявлялись и проявляются с разной интенсивностью практически повсюду на Земле.

Тектонические движения сопровождаются землетрясениями (толчками и быстрыми колебаниями земной поверхности) и вулканизмом (внедрением магмы в земную кору и излиянием ее на поверхность).

Землетрясения характеризуются глубиной очага (места смещения в литосфере, от которого сейсмические волны распространяются во все стороны) и силой землетрясения, оцениваемой по степени вызванных им разрушений в баллах по шкале Рихтера (от 1 до 12). Наибольшей силы землетрясения достигают непосредственно над очагом - в эпицентре. В вулканах выделяют магматический очаг и канал или трещины, по которым поднимается лава.

Большинство землетрясений и действующих вулканов приурочено к окраинам литосферных плит - так называемым сейсмическим поясам . Один из них опоясывает по периметру Тихий океан, другой протягивается через Среднюю Азию от Атлантического океана до Тихого.

Внешние рельефообразующие процессы

Возбуждаемые энергией солнечных лучей и силой тяжести экзогенные силы, с одной стороны, разрушают формы, созданные эндогенными силами, с другой - создают новые формы. В этом процессе выделяют:

1) разрушение горных пород (выветривание - оно не создает формы рельефа, а подготавливает материал);

2) удаление разрушенного материала, обычно это снос вниз по склону (денудация); 3) переотложение (аккумуляция) сносимого материала.

Важнейшими агентами проявления внешних сил являются воздух и вода.

Различают физическое, химическое и биогенное выветривание .

Физическое выветривание происходит из-за неодинакового расширения и сжатия частиц горных пород при колебаниях температуры. Особенно интенсивно оно в переходные сезоны и в районах с континентальным климатом, большими суточными амплитудами температур - на нагорьях Сахары или в горах Сибири, при этом часто формируются целые каменные реки - курумы. Если в трещины пород проникает вода, а затем, застывая и расширяясь, увеличивает эти трещины, говорят о морозном выветривании.

Химическое выветривание - это разрушение горных пород и минералов под действием содержащихся в воздухе воде, породах и почвах активных веществ (кислорода, углекислоты, солей, кислот, щелочей и др.) в результате химических реакций. Для химического выветривания, напротив, благоприятны влажные и теплые условия, характерные для приморских районов, влажных тропиков и субтропиков.

Биогенное выветривание часто сводится к химическому и физическому воздействию на горные породы организмов.

Обычно, наблюдается одновременно несколько видов выветривания, и когда говорят о физическом или химическом выветривании это не значит, что другие силы при этом не участвуют - просто название дается по ведущему фактору.

Вода - "скульптор лика земного" и один, из самых мощных агентов перестройки рельефа. Текучие воды воздействуют на рельеф, разрушая горные породы. Временные и постоянные водные потоки, реки и ручьи миллионы лет "вгрызаются" в земную поверхность, размывают ее (эрозия), перемещают и переоткладывают смытые частицы. Если бы не происходило постоянного поднятия земной коры, хватило бы всего 200 млн. лет, чтобы вода смыла все выступающие над морем участки и вся поверхность нашей планеты представляла бы единый безбрежный океан. Наиболее распространенными эрозионными формами рельефа являются формы линейной эрозии : речные долины, овраги и балки.

Для понимания процессов формирования таких форм важным является осознание того факта, что базис эрозии (место, куда стремится вода, уровень, на котором поток теряет свою энергию - для рек это устье или место впадения, или скальный участок в русле) изменяет свое положение с течением времени. Обычно он понижается при размывании рекой тех горных пород, по которым она протекает, особенно интенсивно это происходит при увеличении водности рек или тектонических колебаниях.

Овраги и балки образованы временными водотоками, возникающими после таяния снега или выпадения ливневых дождей. Между собой они отличаются тем, что овраги - это постоянно растущие, врезающиеся в рыхлые породы, узкие крутосклонные рытвины, а балки - имеющие широкое днище и прекратившие свое развитие ложбины, заняты лугами или лесами.

Самые разнообразные формы рельефа создают реки. В речных долинах выделяют следующие формы: коренной берег (в его строении не участвуют речные наносы), пойму (часть долины, затопляемая в паводки или половодья), террасы (бывшие поймы, поднявшиеся над урезом в результате понижения базиса эрозии), старицы (участки реки, отделившиеся в результате меандрирования от прежнего русла).

Кроме природных факторов (наличия уклонов поверхности, легко размываемых грунтов, обильных осадков и т. д.), образованию эрозионных форм способствует нерациональная деятельность человека - сплошная вырубка лесов и распашка склонов.

Кроме воды важным фактором экзогенных сил является ветер. Обычно он обладает меньшей, чем вода силой, но работая с рыхлым материалом может творить чудеса. Формы, созданные ветром, называются эоловыми . Они преобладают в засушливых районах, или там, где засушливые условия были в прошлом (реликтовые эоловые формы ). Это барханы (песчаные холмы серповидной формы) и дюны (холмы овальной формы), обточенные скалы .

Задания

Задание 1.

Исходя из имеющейся информации, представленной в таблице, предположите, в какой горной системе количество высотных поясов будет наибольшим. Свой ответ обоснуйте.

Задание 2.

Корабль в точке с координатами 30 ю. ш. 70 в. д. потерпел крушение, радист передал координаты своего корабля и попросил помощь. В район бедствия направились 2 корабля «Надежда» (30 ю. ш. 110 в. д.) и «Вера» (20 ю. ш. 50 в. д.). Какой корабль придет быстрее на помощь гибнущему судну?

Задание 3.

Где находятся: 1) конские широты; 2) ревущие широты; 3) неистовые широты? Какие явления природы характерны для этих мест? Объясните происхождение их названий.

Задание 4.

В разных странах их называют по-разному: ушкуйники, корсары, флибустьеры. Когда был их золотой век? Где был главный район их сосредоточения? В каких районах они промышляли в России? Почему именно здесь? Назовите самого знаменитого в мире, чье имя запечатлено на картах. Чем интересен этот географический объект?

Задание 5.

Перед тем как отправиться в 1886 г. в кругосветное плавание на этом корвете, его капитан записал в своем дневнике: «Дело командира – составить имя своему судну …» Ему удалось добиться поставленной цели – океанографические исследования, выполненные в ходе длившейся почти три года экспедиции, настолько прославили корвет, что в дальнейшем вошло в традицию называть его именем научно-исследовательские суда.

Как назывался корвет? Какими достижениями науки и географическими открытиями прославились четыре судна, в разное время носившие это гордое имя? Что вы знаете о капитане, выдержка из дневника которого приведена в задании?

Тесты

1 . Согласно теории тектоники литосферных плит, земная кора и верхняя мантия разделены на крупные блоки. Россия расположена на литосферной плите

1) Африканской 2) Индо-Австралийской 3) Евразийской 4) Тихоокеанской

2. Укажите неверное утверждение:

1) Солнце в полдень в Северном полушарии находится на юге;

2) лишайники растут гуще с северной стороны ствола;
3) азимут отсчитывается от направления на юг против часовой стрелки;
4) прибор, с помощью которого можно ориентироваться, называется компас.

3. Определите примерную высоту горы, если известно, что у ее подножия температура воздуха составила +16ºС, а на ее вершине –8ºС:

1) 1,3 км; 2) 4 км; 3) 24 км; 4) 400 м.

4. Какое утверждение о литосферных плитах является верным?

1) К зоне расхождения океанических литосферных плит приурочены срединные океанические хребты

2) Границы литосферных плит точно совпадают с контурами материков
3) Строение материковых и океанических литосферных плит одинаково
4) При столкновении литосферных плит образуются обширные равнины

5. Каков численный масштаб плана, на котором расстояние от автобусной остановки до стадиона, составляющее 750 м, изображено отрезком длиной 3 см.

1) 1: 25 2) 1: 250 3) 1: 2500 4) 1: 25 000 5) 1: 250 000

6 . Какая стрелка на фрагменте карты мира соответствует направлению на юго-восток?

7. Наука, изучающая географические названия:

1) геодезия; 2) картография; 3) топонимика; 4) топография.

8. Назовите удивительных «зодчих», в результате неутомимой деятельности которых на Земле господствуют разнообразные формы рельефа. __________________________________________________________________

9. Укажите верное утверждение.

1) Восточно-Европейская равнина имеет плоскую поверхность;

2) Алтайские горы расположены на материке Евразия;

3) Вулкан Ключевская Сопка расположен на Скандинавском полуострове;

4) Гора Казбек – самая высокая вершина Кавказа.

10. Какая из перечисленных форм рельефа имеет ледниковое происхождение?

1) моренная гряда 2) бархан 3) плато 4) дюна

11. Какой научной гипотезе посвящены строки Владимира Высоцкого?

«Сначала было слово печали и тоски,

Рождалась в муках творчества планета –

Рвались от суши в никуда огромные куски

И островами становились где-то»

1) поиски Атлантиды; 2) гибель Помпеи; 3) дрейфа материков;

4) формирование солнечной системы.

12. Линии тропиков и полярных кругов являются границами…

1) климатических поясов; 2) природных зон; 3) географических районов;

4) поясов освещенности.

13. Абсолютная высота вулкана Килиманджаро – 5895 м. Вычислите его относительную высоту, если он образовался на равнине, поднимающейся на 500 м над уровнем моря:

1) 5395 м; 2) 5805м; 3) 6395; 4) 11,79 м

14 . Скорость движения литосферных плит относительно друг друга

составляет 1-12

1) мм/год 2) см/месяц 3) см/год 4) м/год

15 . Расположите объекты по их географическому положению с запада на восток:

1) пустыня Сахара; 2) Атлантический океан; 3) г. Анды; 4)о. Новая Зеландия.

Типы коры Земли: океаническая, материковая

Кора Земли (твердая оболочка Земли над мантией) состоит из двух типов коры, имеет два типа строения: континентальный и океанический. Разделение литосферы Земли на кору и верхнюю мантию - достаточно условные, зачастую употребляются термины океаническая и континентальная литосфера.

Континентальная кора Земли

Континентальная кора Земли (материковая земная кора, земная кора материков) которая состоит из осадочного, гранитного и базальтового пластов. Земная кора континентов имеет среднюю толщину 35-45 км, максимальную - до 75 км (под горными массивами).

Строение континентальной коры "по-американски" несколько иное. В ней присутствуют слои магматических, осадочных и метаморфических пород.

Континентальная кора имеет еще одно название "сиаль" - т.к. граниты и некоторые другие породы содержат кремний и алюминий - отсюда происхождение термина сиаль: силиций и алюминий, SiAl.

Средняя плотность коры материков - 2,6-2,7 г/см³.

Гнейс является (обычно рыхлой слоистой структыры) метаморфической горной породой, состоит из плагиоклаза, кварца, калиевого полевого шпата и т.п.

Гранит - "кислая магматическая интрузивная горная порода. Состоит из кварца, плагиоклаза, калиевого полевого шпата и слюд" (статья "Гранит", линк - внизу страницы). Граниты состоят из полевых шпатов, кваца. Граниты на других телах солнечной системы не обнаружены.

Океаническая кора Земли

Насколько известно, гранитный слой в коре Земли на дне океанов не обнаружен, осадочный слой коры лежит сразу на базатьтовом слое. Океанический тип коры также называется "сима", в породах преобладают кремний и магния - аналогично сиалю, MgSi.

Толщина коры океанического типа (мощность) - меньше 10 километров, обычно 3-7 километров. Средняя плотность под-океанской земной коры - около 3,3 г/см³.

Считается, что океаническая образуется в срединно-океанических хребтах и поглощается в зонах субдукции (почему, не очень понятно) - как некий транспортер от линии роста в серединном океаническом хребте к континенту.

Различия коры континентального и океанического типов, гипотезы

Все сведения о строении земной коры основаны на косвенных геофизических измерениях, кроме отдельных уколов поверхности скважинами. Причем геофизические исследования - это, в основном, исследования скорости распространения продольных упругих волн.

Можно утверждать, что "акустика" (прохождение сейсмических волн) земной коры континентального типа отличается от "акустики" коры океанического типа. А всё остальное - более-менее правдоподобные гипотезы на косвенных данных.

"... по строению и вещественному составу оба главные типа литосферы кардинально отличаются друг от друга, и "базальтовый слой" геофизиков в них одинаков только по названию, равно как и литосферная мантия. Различаются эти типы литосферы и по возрасту - если в пределах континентальных сегментов устанавливается весь спектр геологических событий начиная примерно с 4 млрд. лет, то возраст пород дна современных океанов не превышает триасового, а возраст доказанных наиболее древних фрагментов океанической литосферы (офиолитов в понимании Пенроузской конференции) не превышает 2 млрд. лет (Kontinen, 1987; Scott et al., 1998). В пределах современной Земли на долю океанической литосферы приходится ~60% твердой поверхности. В связи с этим, естественно, возникает вопрос - а всегда ли было такое соотношение между этими двумя типами литосферы или оно менялось во времени, и вообще - всегда ли они оба существовали? Ответы на эти вопросы, очевидно, может дать как анализ геологических процессов на деструктивных границах литосферных плит, так и изучение эволюции тектоно-магматических процессов в истории Земли."
"Где исчезает древняя континентальная литосфера?", Е.В.Шарков

Что же тогда это - литосферные плиты?

http://earthquake.usgs.gov/learn/topics/plate_tectonics/
Earthquakes and Plate Tectonics:
"... a concept which has revolutionized thinking in the Earth"s sciences in the last 10 years. The theory of plate tectonics combines many of the ideas about continental drift (originally proposed in 1912 by Alfred Wegener in Germany) and sea-floor spreading (suggested originally by Harry Hess of Princeton University)."

Дополнительная информация о структуре литосферы и источники

The Earth"s Crust
Кора Земли
Earthquake Hazards Program - USGS.
Программа опасностей землетрясений - Геологическая служба Соединенных Штатов.
На карте Земного шара показаны:
границы тектонических плит;
толщина земной коры, в километрах.
На карте почему-то не показаны границы тектонических плит на континентах; границы континентальных плит и океанических плит - границы земной коры континентального и океанического типов.

Строение планеты, на которой мы живем, издавна занимало умы ученых. Было высказано множество наивных суждений и гениальных догадок, однако доказать правоту или ошибочность любой гипотезы убедительными фактами до самого последнего времени никто не мог. Да и в наши дни, несмотря на колоссальные успехи науки о Земле, в первую очередь благодаря развитию геофизических методов исследования ее недр, не существует единого и окончательного мнения о строении внутренних частей земного шара.

Правда, в одном все специалисты сходятся между собой: Земля состоит из нескольких концентрических слоев, или оболочек, внутри которых расположено шаровидное ядро. Новейшие методы позволили с большой точностью измерить толщину каждой из этих вложенных друг в друга сфер, но что они собой представляют и из чего состоят, пока до конца еще не установлено.

Некоторые свойства внутренних частей Земли известны доподлинно, о других можно пока только догадываться. Так, с помощью сейсмического метода удалось установить скорость прохождения сквозь планету упругих колебаний (сейсмических волн), вызванных землетрясением или взрывом. Величина этой скорости, в общем, очень велика (несколько километров в секунду), но в более плотной среде она возрастает, в рыхлой — резко снижается, а в жидкой среде такие колебания быстро гаснут.

Сейсмические волны могут пройти сквозь Землю менее чем за полчаса. Однако, достигнув границы раздела слоев с различной плотностью, они частично отражаются и возвращаются к поверхности, где время их прибытия можно зарегистрировать чувствительными приборами.

О том, что под верхней твердой оболочкой нашей планеты расположен другой слой, догадывались еще в глубокой древности. Первым об этом сказал древнегреческий философ Эмпедокл, живший в V веке до нашей эры. Наблюдая за извержением знаменитого вулкана Этна, он увидел расплавленную лаву и пришел к выводу, что под твердой холодной оболочкой земной поверхности находится слой расплавленной магмы. Смелый ученый погиб при попытке проникнуть в жерло вулкана, чтобы получше узнать его устройство.

Идея об огненно-жидком строении глубоких земных недр получила наиболее яркое развитие в середине XVIII века в теории немецкого философа И. Канта и французского астронома П. Лапласа. Эта теория просуществовала до конца XIX века, хотя никому не удавалось измерить, на какой глубине кончается холодная твердая кора и начинается жидкая магма. В 1910 году югославский геофизик А. Мохоровичич сделал это, применив сейсмический метод. Изучая землетрясение в Хорватии, он обнаружил, что на глубине 60—70 километров скорость сейсмических волн резко меняется. Выше этого раздела, который был позднее назван границей Мохоровичича (или просто «Мохо»), скорость волн не превышает 6,5—7 километров в секунду, тогда как ниже она скачкообразно возрастает до 8 километров в секунду.

Таким образом, оказалось, что непосредственно под литосферой (корой) находится вовсе не расплавленная магма, а, напротив, стокилометровый слой, еще более плотный, чем кора. Его подстилает астеносфера (ослабленный слой), вещество которой находится в размягченном состоянии.

Некоторые исследователи считают, что астеносфера представляет собой смесь твердых гранул с жидким расплавом.

Если судить по скорости распространения сейсмических волн, то под астеносферой, вплоть до глубины 2900 километров, находятся сверхплотные слои.

Что представляет собой эта многослойная внутренняя оболочка (мантия), находящаяся между поверхностью «Мохо» и ядром, сказать трудно. С одной стороны, она имеет признаки твердого тела (в ней быстро распространяются сейсмические волны), с другой — мантия обладает несомненной текучестью.

Следует учесть, что физические условия в этой части недр нашей планеты совершенно необычны. Там господствуют высокая температура и колоссальное давление порядка сотен тысяч атмосфер. Известный советский ученый, академик Д. Щербаков считает, что вещество мантии хотя и твердое, но обладает пластичностью. Может быть, его можно сравнить с сапожным варом, который под ударами молотка разбивается на осколки с острыми краями. Однако со временем даже на морозе начинает растекаться подобно жидкости и течь под небольшой уклон, а достигнув края поверхности, капать вниз.

Центральная часть Земли, ее ядро, таит в себе еще больше загадок. Какое оно, жидкое или твердое? Из каких веществ состоит? Сейсмическими методами установлено, что ядро неоднородно и разделяется на два главных слоя — внешний и внутренний. Согласно одним теориям оно состоит из железа и никеля, согласно другим — из сверхуплотненного кремния. В последнее время выдвинута идея, будто центральная часть ядра железоникелевая, а наружная — кремниевая.

Понятно, что наиболее хорошо из всех геосфер известны те, которые доступны непосредственному наблюдению и исследованию: атмосфера, гидросфера и кора. Мантия, хотя она и близко подходит к земной поверхности, по-видимому, нигде не обнажается. Поэтому даже о ее химическом составе нет единого мнения. Правда, академик А. Яншин считает, что некоторые редкие минералы из так называемой группы мер-рихбита-реддерита, известные прежде лишь в составе метеоритов и недавно найденные в Восточных Саянах, представляют собой выходы мантии. Но эта гипотеза еще требует тщательной проверки.

Земная кора материков изучена геологами с достаточной полнотой. Большую роль в этом сыграли глубинные бурения. Верхний слой континентальной коры образован осадочными породами. Как показывает само название, они имеют водное происхождение, то есть частицы, образовавшие этот слой земной коры, осели из водной взвеси. Подавляющее большинство осадочных пород образовалось в древних морях, реже они обязаны своим происхождением пресноводным водоемам. В очень редких случаях осадочные породы возникли как результат выветривания непосредственно на суше.

Главнейшие осадочные породы — это пески, песчаники, глины, известняки, иногда каменная соль. Толщина осадочного слоя коры различна в разных частях земной поверхности. В отдельных случаях она достигает 20—25 километров, но кое-где осадков вовсе нет. В этих местах на «дневную поверхность» выходит следующий слой земной коры — гранитный.

Он получил такое название потому, что слагается как из самих гранитов, так и из близких к ним горных пород — гранитоидов, гнейсов и слюдистых сланцев.

Гранитный слой достигает толщины 25—30 километров и обычно прикрыт сверху осадочными породами. Самый нижний слой земной коры — базальтовый — для непосредственного изучения уже недоступен, так как на дневную поверхность нигде не выходит и глубокие скважины его не достигают. О строении и свойствах базальтового слоя судят исключительно по геофизическим данным. С большой степенью достоверности предполагается, что этот нижний слой коры состоит из магматических пород, близких к базальтам, происходящим из остывшей вулканической лавы. Мощность базальтового слоя достигает 15—20 километров.

До недавнего времени считалось, что строение земной коры повсюду одинаково и лишь в области гор она возвышается, образуя складки, а под океанами опускается, образуя гигантские чаши. Одним из результатов научно-технической революции было бурное развитие в середине XX века целого ряда наук, в том числе морской геологии. В этой отрасли человеческих знаний сделано немало кардинальных открытий, в корне изменивших прежние представления о строении коры под ложем океана. Было установлено, что если под окраинными морями и вблизи материков, то есть в области шельфа, кора еще в какой-то степени похожа на континентальную, то океаническая кора совершенно иная. Во-первых, она имеет совсем незначительную толщину: от 5 до 10 километров. Во-вторых, под дном океана она состоит не из трех, а всего лишь из двух слоев — осадочного толщиной 1—2 километра и базальтового. Гранитный слой, столь характерный для континентальной коры, продолжается в сторону океана только до материкового склона, где и обрывается.

Эти открытия резко активизировали интерес геологов к изучению океана. Появилась надежда обнаружить на морском дне выходы таинственного базальта, а может быть, и мантии. Крайне заманчиво выглядят и перспективы подводного бурения, с помощью которого можно добраться до глубинных слоев через сравнительно тонкий и легко преодолимый слой осадков.

Земная кора составляет самую верхнюю оболочку твердой Земли и одевает планету почти сплошным слоем, изменяя свою мощность от 0 на некоторых участках средин-но-океанических хребтов и океанских разломов до 70-75 км под высокими горными сооружениями (Хаин, Ломизе, 1995). Мощность коры на континентах, определяемая по возраста­нию скорости прохождения продольных сейсмических волн до 8-8,2 км/с (граница Мохоровичича , или граница Мохо ), достигает 30-75 км, а в океанических впадинах 5-15 км. Первый тип земной коры был назван океаническим, вто­рой - континентальным.

Океанская кора занимает 56% земной поверхности и обладает небольшой мощностью – 5–6 км. В ее строении вы­деляется три слоя (Хаин, Ломизе, 1995).

Первый , или осадочный, слой мощностью не более 1 км встречается в центральной части океанов и достигает мощности 10–15 км на их периферии. Он полностью отсут­ствует в осевых зонах срединно-океанических хребтов. В со­став слоя входят глинистые, кремнистые и карбонатные глу­боководные пелагические осадки (рис. 6.1). Карбонатные осадки распространены не глубже критической глубины на­копления карбонатов. Ближе к континенту появляется при­месь обломочного материала, снесенного с суши; это так на­зываемые гемипелагические осадки. Скорость распростра­нения продольных сейсмических волн здесь составляет 2–5 км/с. Возраст осадков этого слоя не превышает 180 млн лет.

Второй слой в своей основной верхней части (2А) сложен базальтами с редкими и тонкими прослоями пелаги-

Рис. 6.1. Разрез литосферы океанов в сравнении с усреднен­ным разрезом офиолитовых аллохтонов. Внизу – модель формирования главных единиц разреза в зоне океанского спрединга (Хаин, Ломизе, 1995). Условные обозначения: 1 –

пелагические осадки; 2 – излившиеся базальты; 3 – комплекс параллельных даек (долериты); 4 – верхние (не расслоенные) габброиды и габбро-долериты; 5, 6 – расслоенный комплекс (кумуляты): 5 – габброиды, 6 – ультрабазиты; 7 – тектонизи-рованные перидотиты; 8 – базальный метаморфический оре­ол; 9 – базальтовая магма смена I–IV – последовательная смена условий кристаллизации в очаге по мере удаления от оси спрединга

ческих осадков; базальты нередко обладают характерной по­душечной (в поперечном сечении) отдельностью (пиллоу-лавы), но встречаются и покровы массивных базальтов. В нижней части второго слоя (2В) развиты параллельные дай­ки долеритов. Общая мощность 2-го слоя 1,5–2 км, а ско­рость продольных сейсмических волн 4,5–5,5 км/с.

Третий слой океанской коры состоит из полнокри­сталлических магматических пород основного и подчиненно ультраосновного состава. В его верхней части обычно разви­ты породы типа габбро, а нижнюю часть составляет «полос­чатый комплекс», состоящий из чередования габбро и ульт-рамафитов. Мощность 3-го слоя 5 км. Скорость продольных волн в этом слое достигает 6–7,5 км/с.

Считается, что породы 2-го и 3-го слоев образовались одновременно с породами 1-го слоя.

Океанская кора, вернее кора океанского типа, не ограни­чивается в своем распространении ложем океанов, а развита также в глубоководных котловинах окраинных морей, таких как Японское море, Южно-Охотская (Курильская) котловина Охотского моря, Филиппинское, Карибское и многие другие

моря. Кроме того, имеются серьезные основания подозре­вать, что в глубоких впадинах континентов и мелководных внутренних и окраинных морей типа Баренцева, где мощ­ность осадочного чехла составляет 10-12 км и более, он подстилается корой океанского типа; об этом свидетельст­вуют скорости продольных сейсмических волн порядка 6,5 км/с.

Выше говорилось, что возраст коры современных океанов (и окраинных морей) не превышает 180 млн лет. Однако в пределах складчатых поясов континентов мы на­ходим и гораздо более древнюю, вплоть до раннедокембрий-ской, кору океанского типа, представленную так называе­мыми офиолитовыми комплексами (или просто офиолита-ми). Термин этот принадлежит немецкому геологу Г. Штейнманну и был предложен им еще в начале XX в. для обозначения характерной «триады» пород, обычно встре­чающихся вместе в центральных зонах складчатых систем, а именно серпентинизированных ультрамафитов (аналог слоя 3), габбро (аналог слоя 2В), базальтов (аналог слоя 2А) и ра­диоляритов (аналог слоя 1). Сущность этого парагенеза по­род долго интерпретировалась ошибочно, в частности, габб­ро и гипербазиты считались интрузивными и более молоды­ми, чем базальты и радиоляриты. Только в 60-г годы, когда были получены первые достоверные сведения о составе оке­анской коры, стало очевидным, что офиолиты-это океан­ская кора геологического прошлого. Это открытие имело кардинальное значение для правильного понимания условий зарождения подвижных поясов Земли.

Структуры земной коры океанов

Области сплошного распространения земной коры океа­нического типа выражены в рельефе Земли океаническими впадинами . В пределах океанических впадин выделяются два крупнейших элемента: океанические платформы и океани­ческие орогенные пояса . Океанические платформы (или та-лассократоны) в рельефе дна имеют вид обширных абис­сальных плоских или холмистых равнин. К океаническим орогенным поясам относятся срединно-океанические хреб­ты, имеющие высоту над окружающей равниной до 3 км (местами поднимаются в виде островов над уровнем океана). Вдоль оси хребта часто прослеживается зона рифтов - уз­ких грабенов шириной 12-45 км при глубине до 3-5 км, указывающих на господство в этих участках растяжения земной коры. Для них характерны высокая сейсмичность, резко повышенный тепловой поток, низкая плотность верх­ней мантии. Геофизические и геологические данные свиде­тельствуют о том, что мощность осадочного покрова умень­шается по мере приближения к осевым зонам хребтов, а океаническая кора испытывает заметное поднятие.

Следующий крупный элемент земной коры - пере­ходная зона между континентом и океаном. Это область максимального расчленения земной поверхности, где нахо­дятся островные дуги , отличающиеся высокой сейсмично­стью и современным андезитовым и андезито-базальтовым вулканизмом, глубоководные желоба и глубоководные впа­дины окраинных морей. Очаги землетрясений образуют здесь сейсмофокальную зону (зону Беньофа-Заварицкого), погружающуюся под континенты. Переходная зона наиболее

ярко проявлена в западной части Тихого океана. Для нее ха­рактерен промежуточный тип строения земной коры.

Континентальная кора (Хаин, Ломизе, 1995) распро­странена не только в пределах собственно континентов, т. е. суши, за возможным исключением наиболее глубоких впа­дин, но и в пределах шельфовых зон континентальных окра­ин и отдельных участков внутри океанских бассейнов-мик­роконтинентов. Тем не менее общая площадь развития кон­тинентальной коры меньше, чем океанской, и составляет 41% земной поверхности. Средняя мощность континенталь­ной коры 35-40 км; она уменьшается к окраинам континен­тов и в пределах микроконтинентов и возрастает под горны­ми сооружениями до 70-75 км.

В общем, континентальная кора , так же как и океан­ская, имеет трехслойное строение, но состав слоев, особенно двух нижних, существенно отличается от наблюдаемых в океанской коре.

1. Осадочный слой, обычно именуемый осадочным чехлом. Его мощность изменяется от нуля на щитах и менее крупных поднятиях фундамента платформ и осевых зон складчатых сооружений до 10 и даже 20 км во впадинах платформ, передовых и межгорных прогибах горных поясов. Правда, в этих впадинах кора, подстилающая осадки и обычно называемая консолидированной, может уже быть ближе по своему характеру к океанской, чем к континен­тальной. В состав осадочного слоя входят различные оса­дочные породы преимущественно континентального или мелководного морского, реже батиального (опять-таки в пределах глубоких впадин) происхождения, а также, далеко

не повсеместно, покровы и силлы основных магматических пород, образующие трапповые поля. Скорость продольных волн в осадочном слое составляет 2,0-5,0 км/с с максиму­мом для карбонатных пород. Возрастной диапазон пород осадочного чехла-до 1,7 млрд лет, т. е. на порядок выше, чем осадочного слоя современных океанов.

2. Верхний слой консолидированной коры выступа­ет на дневную поверхность на щитах и массивах платформ и в осевых зонах складчатых сооружений; он вскрыт на глуби­ну 12 км в Кольской скважине и на значительно меньшую глубину в скважинах в Волго-Уральской области на Русской плите, на плите Мидконтинента США и на Балтийском щите в Швеции. Золотодобывающая шахта в Южной Индии про­шла по данному слою до 3,2 км, в Южной Африке-до 3,8 км. Поэтому состав этого слоя, по крайней мере его верхней части, в общем хорошо известен-главную роль в его сло­жении играют различные кристаллические сланцы, гнейсы, амфиболиты и граниты, в связи с чем он нередко именуется гранито-гнейсовым. Скорость продольных волн в нем со­ставляет 6,0-6,5 км/с. В фундаменте молодых платформ, имеющем рифейско-палеозойский или даже мезозойский возраст, а частично и во внутренних зонах молодых складча­тых сооружений этот же слой сложен менее сильнометамор-физованными (зеленосланцевая фация вместо амфиболито-вой) породами и содержит меньше гранитов; поэтому здесь его часто называют гранитно-метаморфическим слоем, а типичные скорости продольных воли в нем порядка 5,5-6,0 км/с. Мощность данного слоя коры достигает 15-20 км на платформах и 25-30 км в горных сооружениях.

3. Нижний слой консолидированной коры. Перво­начально предполагалось, что между двумя слоями консоли­дированной коры существует четкая сейсмическая граница, получившая по имени ее первооткрывателя-немецкого геофизика-название границы Конрада. Бурение только что упоминавшихся скважин поставило под сомнение существо­вание такой четкой границы; иногда вместо нее сейсмика обнаруживает в коре не одну, а две (К 1 и К 2) границы, что дало основание выделить в нижней коре два слоя (рис. 6.2). Состав пород, слагающих нижнюю кору, как отмечалось, недостаточно известен, так как скважинами она не достигну­та, а на поверхности обнажается фрагментарно. Исходя из

Рис. 6.2. Строение и мощность континентальной коры (Хаин, Ломизе, 1995). А - главные типы разреза по сейсми­ческим данным: I-II - древние платформы (I - щиты, II

Синеклизы), III - шельфы, IV -молодые орогены. K 1 , К 2 -поверхности Конрада, М-поверхность Мохоровичича, скорости указаны для продольных волн; Б - гистограмма распределения мощностей континентальной коры; В - про­филь обобщенной прочности

общих соображений, В. В. Белоусов пришел к заключению, что в нижней коре должны преобладать, с одной стороны, породы, находящиеся на более высокой ступени метамор­физма и, с другой стороны, породы более основного состава, чем в верхней коре. Поэтому он назвал этот слой коры гра- нулит-базитовым. Предположение Белоусова в общем под­тверждается, хотя обнажения показывают, что в сложении нижней коры участвуют не только основные, но и кислые гранулиты. В настоящее время большинство геофизиков различают верхнюю и нижнюю кору по другому признаку- по их отличным реологическим свойствам: верхняя кора же­сткая и хрупкая, нижняя-пластичная. Скорость продольных волн в нижней коре 6,4-7,7 км/с; принадлежность к коре или мантии низов этого слоя со скоростями более 7,0 км/с нередко спорна.

Между двумя крайними типами земной коры-океан­ским и континентальным - существуют переходные типы. Один из них - субокеанская кора - развит вдоль континен­тальных склонов и подножий и, возможно, подстилает дно котловин некоторых не очень глубоких и широких окраин­ных и внутренних морей. Субокеанская кора представляет собой утоненную до 15-20 км и пронизанную дайками и силлами основных магматических пород континентальную

кору. Она вскрыта скважиной глубоководного бурения у входа в Мексиканский залив и обнажена на побережье Крас­ного моря. Другой тип переходной коры - субконтинен­тальный -образуется в том случае, когда океанская кора в энсима-тических вулканических дугах превращается в кон­тинентальную, но еще не достигает полной «зрелости», об­ладая пониженной, менее 25 км, мощностью и более низкой степенью консолидированности, что отражается в понижен­ных скоростях сейсмических волн - не более 5,0-5,5 км/с в низах коры.

Некоторые исследователи выделяют в качестве особых типов еще две разновидности океанской коры, о которых уже шла речь выше; это, во-первых, утолщенная до 25-30 км океанская кора внутренних поднятий океана (Исландия и др.) и, во-вторых, кора океанского типа, «надстроенная» мощным, до 15-20 км, осадочным чехлом (Прикаспийская впадина и др.).

Поверхность Мохоровичича и состав верхней ман­ тии. Граница между корой и мантией, обычно сейсмически достаточно четко выраженная скачком скоростей продоль­ных волн от 7,5-7,7 до 7,9-8,2 км/с, известна как поверх­ность Мохоровичича (или просто Мохо и даже М), по имени установившего ее хорватского геофизика. В океанах эта гра­ница отвечает переходу от полосчатого комплекса 3-го слоя с преобладанием габброидов к сплошным серпентинизиро-ванным перидотитам (гарцбургитам, лерцолитам), реже ду-нитам, местами выступающим на поверхность дна, а в ска­лах Сан-Паулу в Атлантике против берегов Бразилии и на о. Забаргад в Красном море, возвышающимся над поверхно-

стью океана. Верхи океанской мантии можно наблюдать местами на суше в составе низов офиолитовых комплексов. Их мощность в Омане достигает 8 км, а в Папуа-Новой Гви­нее, возможно, даже 12 км. Сложены они перидотитами, в основном гарцбургитами (Хаин, Ломизе, 1995).

Изучение включений в лавах и кимберлитах из трубок показывает, что и под континентами верхняя мантия в ос­новном сложена перидотитами, причем как здесь, так и под океанами в верхней части это шпинелевые перидотиты, а ниже-гранатовые. Но в континентальной мантии, по тем же данным, кроме перидотитов в подчиненном количестве при­сутствуют эклогиты, т. е. глубокометаморфизованные ос­новные породы. Эклогиты могут представлять собой мета-морфизованные реликты океанской коры, затащенные в ман­тию в процессе поддвига этой коры (субдукции).

Верхняя часть мантии вторично обеднена рядом ком­понентов: кремнеземом, щелочами, ураном, торием, редкими землями и другими некогерентными элементами благодаря выплавлению из нее базальтовых пород земной коры. Эта «истощенная» («деплетированная») мантия простирается под континентами на большую глубину (охватывая всю или почти всю ее литосферную часть), чем под океанами, сменя­ясь глубже «неистощенной» мантией. Средний первичный состав мантии должен быть близок к шпинелевому лерцоли-ту или гипотетической смеси перидотита и базальта в про­порции 3:1, названной австралийским ученым А. Е. Ринг-вудом пиролитом.

На глубине около 400 км начинается быстрое возрас­тание скорости сейсмических волн; отсюда до 670 км про-

стирается слой Голицына, названный так в честь русского сейсмолога Б.Б. Голицына. Его выделяют еще в качестве средней мантии, или мезосферы - переходной зоны между верхней и нижней мантией. Возрастание скоростей упругих колебаний в слое Голицына объясняется увеличением плот­ности вещества мантии примерно на 10% в связи с перехо­дом одних минеральных видов в другие, с более плотной упаковкой атомов: оливина в шпинель, пироксена в гранат.

Нижняя мантия (Хаин, Ломизе, 1995) начинается с глубины порядка 670 км. Нижняя мантия должна быть сло­жена в основном перовскитом (МgSiO 3) и магнезиовюсти-том (Fе, Мg)O - продуктами дальнейшего изменения мине­ралов, слагающих среднюю мантию. Ядро Земли в своей внешней части, по данным сейсмологии, является жидким, а внутреннее-снова твердым. Конвекция во внешнем ядре генерирует главное магнитное поле Земли. Состав ядра по­давляющим большинством геофизиков принимается желез­ным. Но опять же по экспериментальным данным приходит­ся допустить некоторую примесь никеля, а также серы, либо кислорода, либо кремния, чтобы объяснить пониженную плотность ядра по сравнению с определенной для чистого железа.

По данным сейсмотомографии, поверхность ядра яв­ляется неровной и образует выступы и впадины с амплиту­дой до 5-6 км. На границе мантии и ядра выделяют пере­ходный слой с индексом D" (кора обозначается индексом А, верхняя мантия-В, среднюю-С, нижнюю - D, верхнюю часть нижней мантии D"). Мощность слоя D" местами дости­гает 300 км.

Литосфера и астеносфера. В отличие от коры и ман­тии, выделяемым по геологическим данным (по веществен­ному составу) и данным сейсмологии (по скачку скоростей сейсмических волн на границе Мохоровичича), литосфера и астеносфера-понятия чисто физические, вернее реологиче­ские. Исходным основанием для выделения астеносферы- ослабленной, пластичной оболочки. подстилающей более же­сткую и хрупкую литосферу,-была необходимость объяс­нения факта изостатической уравновешенности коры, обна­руженного при измерениях силы тяжести у подножия гор­ных сооружений. Первоначально ожидалось, что такие со­оружения, особенно столь грандиозные, как Гималаи, долж­ны создавать избыточное притяжение. Однако когда в сере­дине XIX в. были произведены соответствующие измерения, оказалось, что такого притяжения не наблюдается. Следова­тельно, даже крупные неровности рельефа земной поверх­ности чем-то компенсированы, уравновешены на глубине для того, чтобы на уровне земной поверхности не проявля­лось значительных отклонений от средних значений силы тяжести. Таким образом, исследователи пришли к выводу что имеется общее стремление земной коры к уравновешен­ности за счет мантии; явление это получило название изо-стазии (Хаин, Ломизе, 1995).

Существуют два способа осуществления изостазии. Пер­вый заключается в том, что горы обладают корнями, погру­женными в мантию, т. е. изостазия обеспечивается вариа­циями мощности земной коры и нижняя поверхность по­следней обладает рельефом, обратным рельефу земной по­верхности; это гипотеза английского астронома Дж. Эри

(рис. 6.3). В региональном масштабе она обычно оправдыва­ется, так как горные сооружения действительно обладают более толстой корой и максимальная толщина коры наблю­дается у наиболее высоких из них (Гималаи, Анды, Гинду-куш, Тянь-Шань и др.). Но возможен и другой механизм реализации изостазии: участки повышенного рельефа долж­ны быть сложены менее плотными породами, а участки по­ниженного-более плотными; это гипотеза другого англий­ского ученого-Дж. Пратта. В этом случае подошва земной коры может быть даже горизонтальной. Уравновешенность континентов и океанов достигается комбинацией обоих ме­ханизмов-кора под океанами и много тоньше, и заметно плотнее, чем под континентами.

Большая часть поверхности Земли находится в состоянии, близком к изостатическому равновесию. Наибольшие откло­нения от изостазии-изостатические аномалии-обнаружи­вают островные дуги и сопряженные с ними глубоководные желоба.

Для того чтобы стремление к изостатическому равнове­сию было эффективным, т. е. под дополнительной нагрузкой происходило бы погружение коры, а при снятии нагрузки - ее подъем, надо, чтобы под корой существовал достаточно пластичный слой, способный к перетеканию из областей по­вышенного геостатического давления в области пониженно­го давления. Именно для этого слоя, первоначально выде­ленного гипотетически, американский геолог Дж. Баррелл и предложил в 1916 г. название астеносфера, что оз начает «слабая оболочка». Это предположение было подтверждено лишь много позднее, в 60-е годы, когда сейсмоло-

Рис. 6.3. Схемы изостатического равновесия земной коры:

а - по Дж. Эри, б - по Дж. Пратту (Хаин, Короновский, 1995)

логами (Б. Гутенберг) было обнаружено существование на некоторой глубине под корой зоны понижения или отсутст­вия повышения, естественного при увеличении давления, скорости сейсмических волн. В дальнейшем появился дру­гой метод установления астеносферы-метод магнитотел-лурического зондирования, при котором астеносфера прояв­ляет себя как зона понижения электрического сопротивле­ния. Кроме того, сейсмологи выявили еще один признак ас­теносферы - повышенные затухания сейсмических волн.

Астеносфере принадлежит также ведущая роль в дви­жениях литосферы. Течение астеносферного вещества увле­кает за собой литосферные пластины-плиты и вызывает их горизонтальные перемещения. Подъем поверхности астено­сферы приводит к подъему литосферы, а в предельном слу­чае- к разрыву ее сплошности, образованию раздвига и опусканию. К последнему ведет также отток астеносферы.

Таким образом, из двух оболочек, составляющих тек-тоносферу: астеносфера является активным, а литосфера- относительно пассивным элементом. Их взаимодействием оп­ределяется тектоническая и магматическая «жизнь» земной коры.

В осевых зонах срединно-океанских хребтов, особенно на Восточно-Тихоокеанском поднятии, кровля астеносферы на­ходится на глубине всего 3-4 км, т. е. литосфера ограничи­вается лишь верхней частью коры. По мере движения к пе­риферии океанов толщина литосферы увеличивается за счет

низов коры, а в основном верхов мантии и может достигать 80-100 км. В центральных частях континентов, особенно под щитами древних платформ, таких как Восточно­Европейская или Сибирская, мощность литосферы измеря­ется уже 150-200 км и более (в Южной Африке 350 км); по некоторым представлениям, она может достигать 400 км, т. е. здесь вся верхняя мантия выше слоя Голицына должна входить в состав литосферы.

Трудность обнаружения астеносферы на глубинах бо­лее 150- 200 км породила у некоторых исследователей со­мнения в ее существовании под такими областями и привела их к альтернативному представлению, что астеносферы как сплошной оболочки, т. е. именно геосферы, не существует, а имеется серия разобщенных «астенолинз». С этим выводом, который мог бы иметь важное значение для геодинамики, нельзя согласиться, так как именно указанные области де­монстрируют высокую степень изостатической уравнове­шенности, ведь к ним относятся приведенные выше примеры областей современного и древнего оледенения-Гренландия и др.

Причина того, что астеносферу не везде легко обнару­жить, состоит, очевидно, в изменении ее вязкости но латера-ли.

Основные структурные элементы земной коры континентов

На континентах выделяются два структурных элемента земной коры: платформы и подвижные пояса (Историческая геология, 1985).

Определение: платформа – стабильный жесткий уча­сток земной коры континентов, имеющий изометричную форму и двухэтажное строение (рис. 6.4). Нижний (первый) структурный этаж – кристаллический фундамент , представ­ленный сильно дислоцированными метаморфизованными породами, прорванными интрузиями. Верхний (второй) структурный этаж – полого залегающий осадочный чехол , слабодислоцированный и неметаморфизованный. Выходы на дневную поверхность нижнего структурного этажа называ­ются щитом . Участки фундамента, перекрытые осадочным чехлом называются плитой . Мощность осадочного чехла плиты составляет первые километры.

Пример : на Восточно-Европейской платформе выде­ляются два щита (Украинский и Балтийский) и Русская пли­та.

Структуры второго этажа платформы (чехла) бывают отрицательные (прогибы, синеклизы) и положительные (ан-теклизы). Синеклизы имеют форму блюдца, а антеклизы – перевернутого блюдца. Мощность отложений всегда больше на синеклизе, а на антеклизе – меньше. Размеры этих струк­тур в поперечнике могут достигать сотен или первых тысяч километров, а падение слоев на крыльях обычно - первые метры на 1 км. Существуют два определения этих структур.

Определение: синеклиза – геологическая структура, падение слоев которой направлено от периферии к центру. Антеклиза - геологическая структура, падение слоев которой направлено от центра к периферии.

Определение: синеклиза – геологическая структура, в ядре которой выходят более молодые отложения, а по краям

Рис. 6.4. Схема строения платформы. 1 - складчатый фундамент; 2 - платформенный чехол; 3 разломы (Историческая геология, 1985)

– более древние. Антеклиза – геологическая структура, в яд­ре которой выходят более древние отложения, а по краям – более молодые.

Определение: прогиб – вытянутое (удлиненное) гео­логическое тело, имеющее в поперечном сечении вогнутую форму.

Пример: на Русская плите Восточно-Европейской платформы выделяются антеклизы (Белорусская, Воронеж­ская, Волго-Уральская и др.), синеклизы (Московская, При­каспийская и др.) и прогибы (Ульяновско-Саратовский, Приднестровско-Причерноморский и др.).

Существует структура нижних горизонтов чехла - ав-лакоген.

Определение: авлакоген – узкая вытянутая впадина, протягивающаяся через платформу. Авлакогены располага­ются в нижней части верхнего структурного этажа (чехла) и могут достигать в длину до сотен километров, в ширину – десятки километров. Авлакогены формируются в условиях горизонтального растяжения. В них накапливаются мощные толщи осадков, которые могут быть смяты в складки и близ­кие по составу к формациям миогеосинклиналей. В нижней части разреза присутствуют базальты.

Пример: Пачелмский (Рязано-Саратовский) авлако-ген, Днепрово-Донецкий авлакоген Русской плиты.

История развития платформ. В истории развития мож­но выделить три этапа. Первый – геосинклинальный, на ко­тором происходит формирование нижнего (первого) струк­турного элемента (фундамента). Второй - авлакогенный, на котором в зависимости от климата происходит накопление

красноцветных, сероцветных или угленосных осадков в ав-лакогенах. Третий – плитный, на котором осадконакопление происходит на значительной площади и формируется верх­ний (второй) структурный этаж (плита).

Процесс накопления осадков, как правило, происходит циклично. Сначала накапливается трансгрессивная морская терригенная формация, затем – карбонатная формация (максимум трансгрессии, табл. 6.1). При регрессии в услови­ях аридного климата формируется соленосная красноцвет-ная формация, а в условиях гумидного климата – параличе-ская угленосная формация. В конце цикла осадконакопления формируются осадки континентальной формации. В любой момент этап может прерваться формированием трапповой формации.

Таблица 6.1. Последовательность накопления плитных

формаций и их характеристика.

Окончание таблицы 6.1.

Для подвижных поясов (складчатых областей) харак­терны:

линейность их контуров;

громадная мощность накопившихся отложений (до 15-25 км);

выдержанность состава и мощности этих отложе­ний по простиранию складчатой области и резкие изменения вкрест ее простирания ;

наличие своеобразных формаций- комплексов по­род, образовавшихся на определенных стадиях раз­вития этих районов (аспидная , флишевая , спилито- кератофировая , молассовая и другие формации);

интенсивный эффузивный и интрузивный магма­тизм (особенно характерны крупные гранитные ин­трузии-батолиты);

сильный региональный метаморфизм;

7) сильная складчатость, обилие разломов, в том числе

надвигов, указывающих на господство сжатия. Складчатые области (пояса) возникают на месте гео­синклинальных областей (поясов).

Определение: геосинклиналь (рис. 6.5) - подвижная область земной коры, в которой первоначально накаплива­лись мощные осадочные и вулканогенные толщи, затем про­исходило их смятие в сложные складки, сопровождающееся образованием разломов, внедрением интрузий и метамор­физмом. В развитии геосинклинали различают две стадии.

Первая стадия (собственно геосинклинальная) харак­теризуется преобладанием опускания. Большая мощность осадков в геосинклинали - это результат растяжения земной коры и ее прогибания. В первую половину первой стадии обычно накапливаются песчано-глинистые и глини­стые осадки (в результате метаморфизма они потом образу­ют черные глинистые сланцы, выделяемые в аспидную фор­мацию) и известняки. Прогибание может сопровождаться разрывами, по которым поднимается магма основного соста­ва и изливается в подводных условиях. Возникшие породы после метаморфизма вместе с сопровождающими субвулка­ническими образованиями дают спилит-кератофировую формацию. Одновременно с ней обычно образуются кремни­стые породы, яшмы.

океаническая

Рис. 6.5. Схема строения геосинк-

линали на схемати­ческом разрезе че­рез Зондскую дугу в Индонезии (Струк­турная геология и тектоника плит, 1991). Условные обозначения: 1 – осадки и осадочные породы; 2 – вулка-

нические породы; 3 – фундамент конти-метаморфические породы

Указанные формации накапливаются одновременно , но на разных площадях . Накопление спилито-кератофировой формации обычно происходит во внутрен­ней части геосинклинали - в эвгеосинклинали . Для эвгео- синклинали характерны формирование мощных вулканоген­ных толщ, обычно основного состава, и внедрение интрузии габбро, диабазов и ультраосновных пород. В краевой части геосинклинали, по ее границе с платформой, обычно распо­лагаются миогеосинклинали. Здесь накапливаются главным образом терригенные и карбонатные толщи; вулканические породы отсутствуют, интрузии не типичны.

В первую половину первой стадии большая часть геосинклинали представляет собой море со значительными глубинами . Доказательством служат тонкая зернистость осадков и редкость находок фауны (преимущественно нек­тона и планктона).

К середине первой стадии вследствие разных скоро­стей опускания в различных частях геосинклинали образу­ются участки относительного поднятия (интрагеоантик-линали ) и относительного опускания (интрагеосинклина-ли ). В это время может происходить внедрение небольших интрузий плагиогранитов.

Во вторую половину первой стадии в результате по­явления внутренних поднятий море в геосинклинали мелеет. Теперь это архипелаг , разделенный проливами. Море из-за обмеления наступает на смежные платформы. В геосинкли­нали накапливаются известняки, мощные песчано-глинистые ритмично построенные толщи, образующие флишевую фор-216

мацию; происходит излияние лав среднего состава, слагаю­щих порфиритовую формацию.

К концу первой стадии интрагеосинклинали исчеза­ют, интрагеоантиклинали сливаются в одно центральное поднятие. Это - общая инверсия; она соответствует глав­ной фазе складчатости в геосинклинали. Складчатость обычно сопровождается внедрением крупных синорогенных (одновременных со складчатостью) гранитных интрузий. Происходит смятие пород в складки, часто осложняющееся надвигами. Все это вызывает региональный метаморфизм. На месте интрагеосинклиналей возникают синклинории - сложно построенные структуры синклинального типа, а на месте интрагеоантиклиналей - антиклинории . Геосинкли­наль «закрывается», превращаясь в складчатую область.

В строении и развитии геосинклинали очень важная роль принадлежит глубинным разломам - длительно живу­щим разрывам, которые рассекают все земную кору и уходят в верхнюю мантию. Глубинные разломы определяют конту­ры геосинклиналей, их магматизм, разделение геосинклина­ли на структурно-фациальные зоны, различающиеся соста­вом осадков, их мощностью, магматизмом и характером структур. Внутри геосинклинали иногда выделяют средин­ные массивы, ограниченные глубинными разломами. Это блоки более древней складчатости, сложенные породами то­го основания, на котором заложилась геосинклиналь. По со­ставу осадков и их мощности срединные массивы близки платформам, но их отличают сильный магматизм и складча­тость пород, преимущественно по краям массива.

Вторая стадия развития геосинклинали называется орогенной и характеризуется преобладанием поднятий. Осадконакопление происходит на ограниченных площадях по периферии центрального поднятия - в краевых прогибах, возникающих по границе геосинклинали и платформы и час­тично накладывающихся на платформу, а также в межгор­ных прогибах, образующихся иногда внутри центрального поднятия. Источник осадков - разрушение постоянно воз­дымающегося центрального поднятия. В первую половину второй стадии это поднятие, вероятно, имеет холмистый рельеф; при его разрушении накапливаются морские, иногда лагунные осадки, образующие нижнюю молассовую форма­цию. В зависимости от климатических условий это могут быть угленосные паралические или соленосные толщи. В это же время обычно происходит внедрение крупных гранитных интрузий - батолитов.

Во вторую половину стадии резко возрастает ско­рость воздымания центрального поднятия, что сопровожда­ется его расколами и обрушением отдельных участков. Это явление объясняется тем, что вследствие складчатости, ме­таморфизма, внедрения интрузий складчатая область (уже не геосинклиналь!) становится жесткой и на продолжающееся поднятие реагирует расколами. Море покидает эту террито­рию. В результате разрушения центрального поднятия, кото­рое в это время представляло собой горную страну, накапли­ваются континентальные грубообломочные толщи, обра­зующие верхнюю молассовую формацию. Раскалывание сво­довой части поднятия сопровождается наземным вулканиз­мом; обычно это лавы кислого состава, которые вместе с

субвулканическими образованиями дают порфировую фор­мацию. С ней бывают связаны трещинные щелочные и ма­лые кислые интрузий. Таким образом, в результате развития геосинклинали возрастает мощность континентальной коры.

К концу второй стадии складчатая горная область, возникшая на месте геосинклинали, разрушается, территория постепенно выравнивается и становится платформой. Гео­синклиналь из области накопления осадков превращается в область разрушения, из подвижной территории - в мало­подвижную жесткую выровненную территорию. Поэтому амплитуды движений на платформе невелики. Обычно море, даже мелкое, покрывает здесь обширные площади. Эта тер­ритория уже не испытывает столь сильного прогибания, как раньше, поэтому и мощность осадков значительно меньше (в среднем 2-3 км). Опускание неоднократно прерывается, поэтому наблюдаются частые перерывы в осадконакопле-нии; тогда могут образовываться коры выветривания. Не происходит и энергичных поднятий, сопровождаемых складчатостью. Поэтому вновь образованные маломощные, обычно мелководные осадки на платформе не метамор-физованы и залегают горизонтально или слабо наклонно. Из­верженные породы редки и представлены обычно наземны­ми излияниями лав базальтового состава.

Кроме геосинклинальной модели существует модель тектоники литосферных плит.

Модель тектоники литосферных плит

Тектоника плит (Структурная геология и тектоника плит, 1991) – модель, которая создана с целью объяснения наблю­даемой картины распределения деформаций и сейсмичности во внешней оболочке Земли. Она основывается на обширных геофизических данных, полученных в 1950-е и 1960-е годы. Теоретические основы тектоники плит базируются на двух предпосылках.

Самая внешняя оболочка Земли, называемая литосфе­рой, непосредственно залегает на слое, называемом ас­ теносферой, которая является менее прочной, чем лито­сфера.

Литосфера разбита на ряд жестких сегментов, или плит (рис. 6.6), которые постоянно движутся относительно друг друга и площадь поверхности которых также не­прерывно меняется. Большая часть тектонических про­цессов с интенсивным обменом энергией действует на границах между плитами.

Хотя мощность литосферы нельзя измерить с большой точ­ностью, исследователи согласны в том, что внутри плит она меняется от 70-80 км под океанами до максимальной вели­чины более 200 км под некоторыми частями континентов при среднем значении около 100 км. Подстилающая лито­сферу астеносфера распространяется вниз до глубины около 700 км (предельная глубина распространения очагов глубо­кофокусных землетрясений). Ее прочность растет с глуби­ной, и некоторые сейсмологи считают, что ее нижняя грани-

Рис. 6.6. Литосфер-ные плиты Земли и их активные гра­ницы. Двойными линиями показаны дивергентные гра­ницы (оси спредин-га); линиями с зуб­цами - конвергент­ные гпянины П.ПИТ

одинарными линиями - трансформные разломы (сдвиги); крапом покрыты участки континентальной ко­ры, подвергающиеся активному разломообразованию (Структурная геология и тектоника плит, 1991)

ца расположена на глубине 400 км и совпадает с небольшим изменением физических параметров.

Границы между плитами делятся на три типа:

дивергентные;

конвергентные;

трансформные (со смещениями по простиранию).

На дивергентных границах плит, представленных пре­имущественно рифтами, происходит новообразование лито­сферы, что приводит к раздвиганию океанического дна (спредингу). На конвергентных границах плит литосфера по­гружается в астеносферу, т. е. поглощается. На трансформ­ных границах две литосферные плиты скользят относитель­но друг друга, и вещество литосферы на них не создается и не разрушается.

Все литосферные плиты непрерывно перемещают­ся относительно друг друга . Предполагается, что общая площадь всех плит остается неизменной в течение значи­тельного периода времени. При достаточном удалении от окраин плит горизонтальные деформации внутри них незна­чительны, что позволяет считать плиты жесткими. Посколь­ку смещения по трансформным разломам происходят вдоль их простирания, движение плит должно быть параллельным современным трансформным разломам. Так как все это про­исходит на поверхности сферы, то в соответствии с теоремой Эйлера, каждый участок плиты описывает траекторию, экви­валентную вращению на сферической поверхности Земли. Для относительного перемещения каждой пары плит в лю­бой момент времени можно определить ось, или полюс вра­щения. По мере удаления от этого полюса (вплоть до угло-

вого расстояния в 90°) скорости спрединга, естественно, воз­растают, но угловая скорость для любой данной пары плит относительно их полюса вращения постоянна. Отметим так­же, что в геометрическом отношении полюсы вращения единственны для любой пары плит и никак не связаны с по­люсом вращения Земли как планеты.

Тектоника плит является эффективной моделью про­исходящих в коре процессов, так как она хорошо согласует­ся с известными данными наблюдений, дает изящное объяс­нение ранее несвязанным явлениям и открывает возможно­сти для прогноза.

Цикл Уилсона (Структурная геология и тектоника плит, 1991). В 1966 г. профессор Уилсон из Университета Торонто опубликовал статью, в которой он доказывал, что континентальный дрейф происходил не только после ранне-мезозойского раскола Пангеи, но и в допангейские времена. Цикл раскрытия и закрытия океанов относительно смежных континентальных окраин называется теперь циклом Уилсона.

На рис. 6.7 приведено схематическое пояснение ос­новной концепции цикла Уилсона в рамках представлений об эволюции литосферных плит.

Рис. 6.7, а представляет начало цикла Уилсона – на­чальную стадию раскола континента и формирования аккреционной окраины плиты. Известно, что жесткая

Рис. 6.7. Схема цикла Уилсона развития океанов в рамках эволюции литосферных плит (Структурная геология и тек­тоника плит, 1991)

литосфера покрывает более слабую, частично расплавлен­ную зону астеносферы – так называемый слой низких скоро­стей (рис 6.7, б). При продолжении разделения континентов развиваются рифтовая долина (рис. 6.7, 6) и небольшой оке­ан (рис. 6.7, в). Это – стадии раннего раскрытия океана в цикле Уилсона . Подходящими примерами служат Афри­канский рифт и Красное море. С продолжением дрейфа ра­зобщенных континентов, сопровождающегося симметрич­ной аккрецией новой литосферы на окраинах плит, на грани­це континента с океаном за счет размыва континента накап­ливаются шельфовые осадки. Полностью сформировав­шийся океан (рис. 6.7, г) со срединным хребтом на границе плит и развитым континентальным шельфом называется океаном атлантического типа.

Из наблюдений океанических желобов, их связи с сейсмичностью и реконструкцией по рисунку океанических магнитных аномалий вокруг желобов известно, что океани­ческая литосфера расчленяется и погружается в мезосферу. На рис. 6.7, д показан океан с плитой , имеющей простые окраины приращения и поглощения литосферы, – это на­чальная стадия закрытия океана в цикле Уилсона . Расчле­нение литосферы по соседству с континентальной окраиной ведет к превращению последней в ороген андского типа в результате тектонических и вулканических процессов, про­исходящих на поглощающей границе плит. Если это расчле­нение происходит на значительном расстоянии от континен­тальной окраины в сторону океана, то образуется островная дуга типа Японских островов. Поглощение океанической литосферы приводит к изменению геометрии плит и в конце

концов к полному исчезновению аккрециопной окраины плиты (рис. 6.7, е). В течение этого времени противополож­ный континентальный шельф может продолжать разрастать­ся, превращаясь в полуокеан атлантического типа. По мере сокращения океана противоположная континентальная ок­раина в конечном счете вовлекается в режим поглощения плиты и участвует в развитии аккреционного орогена анд-ского типа . Это – ранняя стадия столкновения двух кон­тинентов (коллизии ) . На следующей стадии благодаря пла­вучести континентальной литосферы, поглощение плиты прекращается. Литосферная пластина отрывается внизу, под растущим орогеном гималайского типа, и наступает завер­шающая орогенная стадия цикла Уилсона с зрелым гор­ным поясом , представляющим собой шов между вновь со­единившимися континентами. Антиподом аккреционного орогена андского типа является коллизионный ороген гима­лайского типа .

Континенты

Континенты, или материки, - это огромные массивы-плиты сравнительно мощной земной коры (толщина её 35-75 км), окружённые Мировым океаном, кора под которым тонкая. Геологические континенты несколько больше их географических очертаний, т.к. имеют подводные продолжения.

В строении континентов выделяются три типа структур: платформы (плоские формы), орогены (рождающиеся горы) и подводные окраины.

Платформы

Платформы отличаются пологохолмистым, низменным или платообразным рельефом. У них есть щиты и толстый многослойный чехол. Щиты сложены очень прочными породами, возраст которых от 1,5 до 4,0 млрд лет. Они возникли при высоких температурах и давлениях на больших глубинах.

Такие же древние и прочные породы слагают и остальную часть платформ, но здесь они скрыты под толстым плащом осадочных отложений. Этот плащ называется платформенным чехлом. Его действительно можно сравнить с чехлом для мебели, который сохраняет ее от повреждений. Части платформ, покрытые таким осадочным чехлом, называются плитами. Они плоские, как будто слои осадочных пород прогладили утюгом. Около 1 млрд лет назад начали накапливаться слои чехла, и процесс продолжается до настоящего времени. Если бы платформу можно было разрезать огромным ножом, то мы увидели бы, что она похожа на слоёный пирог.

ЩИТЫ имеют округлую и выпуклую форму. Они возникли там, где платформа очень длительное время медленно поднималась. Прочные породы подвергались разрушительному действию воздуха, воды, на них оказывала влияние смена высоких и низких температур. В результате они растрескивались и рассыпались на мелкие кусочки, которые уносились прочь, в окружающие моря. Щиты сложены очень древними, сильно изменёнными (метаморфическими) породами, образовавшимися несколько миллиардов лет на больших глубинах при высоких температурах и давлениях, В некоторых местах высокая температура заставляла породы плавиться, что приводило к формированию гранитных массивов.

Страницы: 1