Земная кора

ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ТИПЫ ОЗЕРНЫХ ВПАДИН

Озерные впадины  могут быть экзогенного и эндогенного происхождения. И те и другие в свою очередь разделяются на плотинные и котловинные.

Плотинные впадины экзогенного происхождения развиты широко. Их примером является Сарезское озеро на Памире, образовавшееся в 1911 г. в результате обвала скального массива на правом берегу р. Бартанг. При этом обвале в ущелье реки возникла запруда длиной 5 км и высотой 700 м. Река разлилась и образовала озеро, затопив расположенный выше плотины кишлак Сарез. Отсюда озеро и получило название Сарезского. Наполнение озера продолжалось несколько лет. Длина этого озера 85 км и глубина у плотины около 0,5 км.

В горах очень  распространены случаи возникновения  озер в результате запруды рек  конечно-моренными валами отступивших  ледников.

В настоящее  время возникает много искусственных  озер—водохранилищ при сооружении плотин на реках в целях орошения, а также для получения электроэнергии и регулирования стока вод в реках, мелеющих в меженное время. Примером таких озер могут служить созданные и создаваемые в бассейне р. Волги Московское море, Куйбышевское водохранилище. Сталинградское водохранилище, Цимлянское на р. Дон, ряд водохранилищ на pp. Днепре, Ангаре и др., а также многочисленные искусственные плотинные озера и пруды на многих более мелких реках.

ЭНДОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ

Эндогенными (внутренними) процессами называются такие геологические процессы, происхождение которых связано с глубокими недрами Земли. Вещество земного шара развивается во всех своих частях, в том числе и в глубинных. В недрах Земли под внешними ее оболочками происходят сложные физико-механические и физико-химические преобразования вещества, в результате которых возникают мощные силы, воздействующие на земную кору и коренным образом преобразующие последнюю. Вот эти-то преобразующие процессы и называются эндогенными процессами.

Наиболее отчетливо  эндогенные процессы выражаются в явлениях вулканизма, под которыми понимаются процессы,. связанные с перемещением магмы как в верхние слои земной коры, так и на ее поверхность.

Явления вулканизма знакомят человека с материей, располагающейся  в глубинах земного шара, с ее физическим состоянием и химическим составом Проявления поверхностного вулканизма происходят не повсеместно, а приурочены к определенным участкам земной коры, положение и площадь которых изменялись в ходе геологической истории.

Магма, внедряясь в земную кору, очень часто не достигает поверхности, а застывает где-то на глубине, образуя при этом глубинные, интрузивные горные породы (гранит, габбро и др.). Явления внедрения магмы в земную кору получили название, глубинного вулканизма, или плутонизма.

Вторым видом  эндогенных процессов являются землетрясения, проявляющиеся в определенных участках земной поверхности в виде кратковременных толчков или сотрясений. Явления землетрясений, так же как и вулканизм, всегда поражали воображение человека. В тех случаях, когда толчки приходились на населенные пункты, землетрясения приносили человечеству значительные бедствия: гибель многих людей, разрушения построек и т. д.

Кроме кратковременных  и сильных колебаний типа землетрясении, земная кора испытывает колебания, при которых одни участки ее опускаются, а другие поднимаются. Движения эти совершаются очень медленно со скоростью нескольких сантиметров или даже миллиметров в столетие, они недоступны непосредственным наблюдениям без приборов. Но так как эти движения совершаются повсеместно и непрерывно в течение многих миллионов лет, то конечные результаты их весьма существенны.

Вследствие  этих колебательных движений многие области, ранее бывшие сушей, оказались дном океана и, наоборот, некоторые участки земной поверхности, сейчас возвышающиеся на сотни и даже тысячи метров над уровнем моря, сохраняют свидетельство того, что когда-то они были под водой Интенсивность колебательных движений неодинакова: на одних участках земной коры опускания или поднятия более значительны, на других менее значительны.

Одним из самых  ярких проявлений внутренних сил  являются складчатые и разрывные  деформации земной коры. Эти явления, в большинстве случаев недоступные непосредственному наблюдению, хорошо запечатлелись в характере залегания осадочных пород, слагающих земную кору. Осадки морей и океанов выпадая из воды, ложатся обычно ровными горизонтальными пластами. Вследствие же складкообразования эти горизонтально залегающие пласты оказываются собранными в различного вида складки, а иногда разорванными или надвинутыми друг на друга.

Явление смятия и разрыва пластов способствует образованию возвышенностей и гор, впадин и котловин. Многие ученые приписывали  явлению складчатых деформаций главную роль в образовании гор, считая, что породы, сминаясь в складки, вспучивают земную поверхность и образуют возвышенности. Этот процесс получил название орогенеза («орос»—по-гречески возвышенность, «генез»—образование). В настоящее время установлено, что в образовании гор колебательные движения играют не меньшую роль, чем складчатые, поэтому термин «орогенез», утратив свое первоначальное значение, стал у потребляться реже.

Складчатые  деформации, землетрясения и особенно вулканизм способствуют существенному  изменению горных пород,. слагающих  земную кору. Вследствие сдавливания они становятся более плотными и твердыми, а под действием высокой температуры обжигаются и даже переплавляются. Действие паров и газов, выделяемых из магмы, способствует образованию в горных породах новых минералов Все эти явления преобразования горных пород под действием эндогенных процессов носят название метаморфизма.

ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ МАГМЫ

О свойствах  и составе магмы судят по лаве и тем магматическим горным породам, которые образовались в результате остывания магмы. Эти породы по составу очень разнообразны. Крайними членами ряда магматических пород являются, с одной стороны, кислые и ультракислые породы, с другой —основные и ультраосновные. Между этими крайними членами магматических пород существует большое количество переходных пород.

Возникает вопрос, была ли родоначальная магма столь  же разнообразной, как и кристаллизовавшиеся  из нее породы. Некоторые ученые (В. Н. Лодочников) считают, что в глубине Земли существуют разнообразные магмы, отвечающие по своему составу горным породам.

Большинство ученых (Р. О Дели,. Н Л. Боуэн, А. Н. Заварицкий) признают существование одной исходной магмы — основной, базальтовой. По мнению других (Ф. Ю. Левинсон-Лессинг), существуют две магмы—кислая и основная, что подтверждается также данными геофизики: в области материков основные породы слагают

более низкую оболочку, а  кислые породы — более высокую, в  области океанических впадин базальтовая оболочка приближается к поверхности Земли. Независимо от этих точек зрения, приходится признавать, что перед своим застыванием магма разделяется по составу, вследствие чего и образуется все разнообразие горных пород.

Процесс разделения магмы носит название дифференциации. Нередко наблюдается, что застывшие  в одном и том же магматическом очаге породы бывают резко различны по составу, причем между ними существуют взаимные переходы.

Рис 1  Дифференциация магмы  
в Тагильском массиве

1 — дуниты, 
2 — габбро и габбро-диориты, 
3 — сиениты; 
4 — граниты, кварцевые диориты

В Тагильском габбровом  массиве на Урале (рис. 1) отчетливо устанавливается разнообразие магматических пород, порожденных единым магматическим очагом. В центре массива располагаются габбро и габбро-диориты, среди которых местами обнаруживаются ультраосновные породы—дуниты. По краям массива наблюдается оторочка из средних пород—сиенитов и кислых пород—гранитов и кварцевых диоритов. Следовательно, магма перед окончательным застыванием разделилась таким образом, что в центре оказались основные породы, а по краям возникли кислые.

Каковы же причины  и характер дифференциации магмы? По мнению некоторых ученых, дифференциация магмы происходит в магматическом слое с момента его возникновения путем разделения магмы по удельному весу на более тяжелую, которая опускается вниз, и более легкую, как бы всплывающую кверху. Эта дифференциация носит название гравитационной. Она привела к образованию отдельных слоев земной коры: базальтового внизу и гранитного вверху.

Процессы дифференциации магмы происходят в основном вследствие изменения физико-химической обстановки в области магматического очага, например изменения давления или температуры. В связи с огромным давлением вещество на очень больших глубинах, несмотря на высокую температуру, находится в твердом состоянии. В условиях более низкого давления магматическое вещество переходит из твердого в жидкое состояние, и начинается его дифференциация.

Выделяют два  типа дифференциации: собственно магматическую  дифференциацию, т.е. дифференциацию вещества в жидком состоянии, и кристаллизационную дифференциацию, т е. дифференциацию, связанную с образованием кристаллов. Магматическая дифференциация про исходит раньше кристаллизационной. В магматической дифференциации выделяются процессы ликвации и ассимиляции.

Ликвация, или  расщепление, магмы представляет собой  образование двух различных по составу и удельному весу жидкостей. Этот процесс напоминает разделение смеси воды и эфира. Его можно сравнить также с процессом остывания металлического расплава в домне, при котором происходит распадение на два слоя: верхнего—шпака и нижнего—штейна, не смешивающихся при дальнейшем остывании. Опытным путем Д. П. Григорьевым было показано, что силикатный расплав при участии фтористого кальция, являющегося минерализатором, расщепляется на два слоя. Возможно, что непосредственной.

ГЛУБИННЫЙ (ИНТРУЗИВНЫЙ) ВУЛКАНИЗМ

Не вся магма, движущаяся к поверхности, достигает  ее. Вследствие отсутствия открытых трещин или недостаточной энергии магма  может остановиться внутри твердой  оболочки земной коры, где, попав в  зоны с иным, более низким тепловым режимом, начинает постепенно остывать

ТЕКТОНИЧЕСКИЕ ДВИЖЕНИЯ ЗЕМНОЙ КОРЫ

Тектоническими  движениями называют перемещения вещества земной коры под влиянием процессов, происходящих в более глубоких недрах Земли. Эти движения вызывают тектонические нарушения, т. е. изменения первичного залегания горны пород. Особенно отчетливо эти изменения наблюдаются на примере осадочных пород, которые первично отлагаются в вин горизонтально залегающих пластов, а вследствие тектонических нарушений оказываются смятыми в складки или разорванными на отдельные чешуи и блоки. Тектонические движения в конечном счете создают наблюдаемую структуру земной коры, т. е. они являются созидательными движениями («тектонос» по-гречески—созидательный). В результате этих движений возникают и основные неровности рельефа поверхности Земли.

Тектонические движения можно разделить на два  типа: радиальные — колебательные, или эпейрогенические движения, и тангенциальные, орогенические. В первом типе движений напряжения передаются в направлении, близком к радиусу Земли, во втором—по касательной к поверхности оболочек земной коры. Очень часто эти движения бывают взаимосвязаны, или один тип движений порождает другой. В результате этих типов движений создаются три вида тектонических деформаций: 1) деформации крупных прогибов и подняли; 2) складчатые и 3) разрывные.

 Первый тип  тектонических деформаций, вызванный  радиальными движениями в чистом виде, выражается в пологих поднятиях и прогибах земной коры, чаще всего большого радиуса. Колебания, вызывающие образование подобных форм, в отличие от сейсмических колебаний совершаются относительно медленно, ощутимых разрушений не приносят и непосредственным наблюдениям человека не поддаются.

Складчатые  деформации вызываются тангенциальными  движениями и выражаются в виде складок, образующих длинные или широкие пучки, иногда короткие, быстро затухающие морщины.

Третий тип  тектонических деформаций характеризуется  образованием разрывов в земной коре и перемещением отдельных участков ее вдоль трещин этих разрывов. Разрывные нарушения очень часто являются производными от первых двух типов в большей мере от складчатых. Установить причину той или т деформации не всегда удается, так как, кроме вышеуказанных типов движений, деформации могут образоваться вязи с внедрением магмы и т. п. Поэтому нарушения в земной коре классифицируют не по типу вызвавших их движений, а по форме или каким-либо другим особенностям самих нарушений.

Химический  состав земной коры

Химики и петрографы начиная  со второй половины XIX в. изучали химический состав горных пород методами весового и объемного химического анализа. Суммируя результаты многочисленных анализов горных пород, Ф. Кларк показал, что в земной коре преобладают восемь химических элементов: кислород, кремний, алюминий, железо, магний, кальций, калий и натрий. Этот основной вывод неоднократно подтвержден результатами последующих исследований. Методами химического анализа, которыми пользовались в XIX в., определение низких концентраций элементов было невозможно. Требовались принципиально иные подходы.

Мощный импульс изучению химических элементов с очень низкой концентрацией в веществе земной коры дало применение более чувствительного метода – спектроскопического анализа. Новые факты позволили В.И. Вернадскому сформулировать принцип «всюдности» всех химических элементов. В докладе на XII съезде российских естествоиспытателей и врачей в декабре 1909 г. он заявил: «В каждой капле и пылинке вещества на земной поверхности, по мере увеличения тонкости наших исследований, мы открываем все новые и новые элементы… В песчинке или в капле, как в микрокосмосе, отражается общий состав космоса».

Идея «всюдности» химических элементов  долгое время вызывала настороженность  даже со стороны крупных ученых. Это было связано с тем, что  элементы, содержащиеся в количестве ниже уровня чувствительности метода, при анализе не обнаруживались. Создавалась иллюзия их полного отсутствия, что отразилось на терминологии. В геохимии возникли термины редкие элементы (die seltene Elementen – нем.; rare elements – англ.), частота (die Haufigkeit – нем.) обнаружения. В действительности имеет место не реальная редкость или малая частота встречаемости элемента при анализах, а его низкая концентрация в изучаемых пробах, которая не может быть определена недостаточно чувствительными методами анализа.