Земная кора

Низкая чувствительность метода часто не позволяла определять количество элемента, а лишь констатировать присутствие его «следов». С тех пор в геохимической литературе широко используется термин? применявшийся В.М. Гольдшмидтом и его коллегами в 1930-х гг.: элементы-следы (die Spurelemente – нем.; trace elements – англ.; des elements traces – фр.).

В итоге усилий ученых разных стран  в 20-х гг. XX в. сложилось общее представление о составе земной коры. Средние значения относительного содержания химических элементов в земной коре и других глобальных и космических системах известный геохимик А.Е. Ферсман предложил называть кларками в честь ученого, который наметил путь к количественной оценке распространения химических элементов.

Кларк – весьма важная величина в  геохимии. Анализ значений кларков позволяет понять многие закономерности распределения химических элементов на Земле, в Солнечной системе и доступной нашим наблюдениям части Вселенной. Кларки химических элементов земной коры различаются более чем на десять математических порядков. Столь существенное количественное различие должно отразиться на качественно неодинаковой роли двух групп элементов в земной коре. Наиболее ярко это проявляется в том, что элементы первой группы, содержащиеся в относительно большом количестве, образуют самостоятельные химические соединения, а элементы второй группы с малыми кларками преимущественно распылены, рассеяны среди химических соединений других элементов. Элементы первой группы называют главными, элементы второй – рассеянными. Их синонимами в английском языке являются minor elements, rare elements, наиболее употребляемый синоним trace elements. Условной границей между группами главных и рассеянных элементов в земной коре может служить величина 0,1%, хотя кларки большей части рассеянных элементов значительно меньше и измеряются тысячными и меньшими долями процента. Понятие о состоянии рассеяния химических элементов, так же как и о их «всюдности», было введено в науку В.И. Вернадским.

Полный химический состав верхнего, так называемого гранитного, слоя континентального блока земной коры приведен в табл. 1.1.

Таблица 1.1 Кларки химических элементов гранитного слоя коры континентов

Земная  кора и литосфера.

Во внутреннем строении Земли выделяется несколько  основных сферических оболочек. В  центре планеты находится твердое  металлическое ядро, состоящее из железа и никеля. Его окружает внешнее  ядро, тоже состоящее из металлов, но расплавленных (жидких). Радиус внешнего ядра — 3500 км, температура ядра — до 6000 °С (как на поверхности Солнца). Внешнее ядро окружено мантией — самой большой из внутренних оболочек планеты. Ее толщина — более 2800 км, а объем — около 83% объема Земли. Температура мантии — более 2000 °С, но из-за огромного давления этого недостаточно для расплавления слагающих ее пород. Почти вся мантия — пластична, т. е. проявляет свойства как жидкого, так и твердого вещества. Внешний слой мантии толщиной в 100-200 км находится в твердом состоянии и слагается из кристаллических пород. Самый тонкий внешний слой планеты — твердая земная кора. На нее приходится менее 1 % объема планеты.

Земная кора состоит из различных химических элементов, но их соотношение неодинаково: в общем химическом составе на долю кислорода, кремния и алюминия приходится 80%, железа, магния, кальция, натрия и калия — 18%. Химические элементы образуют минералы — природные тела, однородные по своему химическому составу и свойствам. Известно около 3000 минералов. Наряду с минералами, редко образующими значительные скопления, в составе земной коры выделяют горные породы — природные тела, залегающие большими массами и состоящие из одного или нескольких минералов. Например, гранит состоит из полевого шпата, кварца и слюды.

Мощность и  строение литосферы определяются типом  земной коры. Материковая кора состоит  из трех слоев — осадочного, гранитного и базальтового. Ее мощность на равнинах достигает 30-40 км, в горах — 60-80 км. Мощность литосферы под материками достигает 200-250 км. Океаническая кора состоит из осадочного и базальтового слоев (гранитный слой между ними отсутствует). Мощность океанической коры — 5-10 км, мощность литосферы под океанами — 100-150 км.

Литосфера глубинными разломами разбита на крупные блоки — литосферные плиты. Под воздействием внутренних сил Земли эти плиты медленно, со скоростью до 10 см в год, передвигаются по вязкой астеносфере в ту или иную сторону. Эти движения называются горизонтальными. Они приводят к образованию крупных линейно вытянутых форм рельефа: гор, океанических желобов, рифтовых хребтов, глубинных разломов на суше — грабенов. Для литосферы характерны и медленные вертикальные колебания — медленные поднятия или медленные опускания, скорость которых — от 0-2 до 10-12 мм в год. При этом бывшие участки морского дна могут стать сушей или, наоборот, суша может погрузиться на дно моря.

К стихийным  явлениям в литосфере относятся  прежде всего вулканические извержения и землетрясения, а также оползни (скользящие смещения масс горных пород вниз по склону под воздействием силы тяжести), обвалы (отрывы и падения больших масс пород, происходящие на отвесных горных склонах), сели (грязевые и грязекаменные потоки в горах), лавины (низвергающиеся с горных вершин и склонов массы снега).

Многие из этих явлений связаны с районами молодого горообразования. Для защиты от землетрясений в сейсмически опасных районах строят здания и инженерные сооружения особой конструкции. Во многих странах, включая Россию, научились составлять прогнозы вулканических извержений, схода лавин и селей. Большую помощь в изучении и предсказании грозных явлений природы окажут космические исследования.

Воздействие хозяйственной  деятельности человека на литосферу  велико. Из недр Земли ежегодно извлекаются  десятки миллиардов тонн разнообразных полезных ископаемых. При подземной добыче в недрах образуются пустоты, приводящие к просадкам на поверхности Земли и даже к локальным землетрясениям. Техногенные землетрясения неоднократно происходили в районах добычи нефти. Человек творит искусственный рельеф. Иногда это делается специально, но чаще всего — вынужденно, особенно при добыче полезных ископаемых (карьеры, шахты), создании отвалов из ненужных пород (терриконы) или из отходов производства (шлаковые горы при металлургических комбинатах или золоотвалы при ТЭС). Нередко формы рельефа возникают помимо воли человека, например, в результате неправильной обработки земли на склонах возникают овраги и балки. В ряде случаев непродуманная хозяйственная деятельность провоцирует образование оползней, селей и даже обвалов.

К проявлениям  внутренних сил Земли относятся  также магматизм и землетрясения.

Магматизм —  это совокупность явлений, связанных  с образованием и движением магмы  из астеносферы к поверхности  Земли. Различают два типа магматизма — интрузивный (внутренний), когда магма не достигает поверхности Земли и застывает на глубине, и эффузивный (внешний), когда магма прорывает земную кору и в виде лавы изливается на поверхность. Эффузивный магматизм называется еще вулканизмом. Вулканы подразделяются на действующие (Везувий, Ключевская Сопка, Этна) и потухшие (Эльбрус, Килиманджаро, Большой Арарат). Большинство действующих вулканов находятся на побережье Тихого океана (Тихоокеанское огненное кольцо), рифтовых хребтах, зонах разломов на материках. В районах вулканизма (Йеллоустонский национальный парк США, Камчатка, Исландия, Новая Зеландия) встречаются гейзеры — источники, периодически выбрасывающие фонтаны горячей воды.

Основные формы  рельефа суши — равнины и горы.

По высоте над  уровнем моря равнины подразделяются на: низменности — с абсолютными отметками до 200 м (например, Амазонская, Западносибирская); возвышенности — с отметками от 200 до 500 м (Среднерусская, Валдайская); плоскогорья — с отметками более 500 м (Среднесибирское, Бразильское). 
По происхождению равнины делят на первичные и вторичные. К первичным относятся морские равнины — бывшие участки морского дна, ставшие сушей в результате медленных поднятий земной коры (Прикаспийская, Западносибирская низменности). К равнинам вторичным относят: водно-ледниковые равнины (Смоленско-Московская, Валдайская возвышенности), аллювиальные равнины, сложенные речными наносами (Амазонская, Индо-Гангская низменности), денудационные равнины, возникшие на месте разрушенных гор (Казахский мелкосопочник).

По высоте над  уровнем моря горы делятся на низкие (с абсолютной высотой до 1000 м), средние (от 1000 до 2000 м) и высокие (выше 2000 м). Иногда выделяют и высочайшие (выше 5000 м) горы. К ним относятся Гималаи, Памир, Анды, Большой Кавказ и др. По возрасту различают молодые горы, возникшие в эпоху альпийской складчатости кайнозойской эры и продолжающие формироваться (Гималаи, Альпы, Большой Кавказ и др.), и старые горы — более ранних эпох складчатости (байкальской, каледонской, герцинской), сформировавшиеся в палеозойскую эру. К старым горам относятся Скандинавские, Урал, Тянь-Шань, Алтай и др. Старые горы являются возрожденными. По происхождению горы делятся на тектонические и вулканические. Тектонические по своей структуре подразделяются на складчатые и складчато-глыбовые. Складчатая структура характерна для молодых гор, складчато-глыбовая — для старых (возрожденных) гор. Вулканические горы связаны с процессами магматизма и образуются при многократном излиянии лавы.

Внутренние  силы фактически создают основные формы рельефа. Внешние силы (выветривание, деятельность текучих вод, ледников, ветра, подземных вод, морских волн) приводят к разрушению гор, изменению равнин. Так, под воздействием текучих вод образуются водно-эрозионные (долины, балки, овраги) и водно-аккумулятивные (речные террасы, конуса выноса и др.) формы рельефа. Воздействие ледников приводит к образованию ледниковых форм рельефа — моренных гряд, камов, озов, горных ледниковых цирков (каров) и т. д. Эоловые формы рельефа (барханы, дюны) связаны с деятельностью ветра, абразионно-аккумулятив-ные (клифы, морские террасы, косы) — с работой моря. Однако следует помнить, что внешние силы действуют на фоне внутренних. Без влияния внутренних сил не могли бы, например, образоваться речные каньоны, морские и речные террасы и многие другие формы рельефа, которые мы условно относим к таким, которые созданы внешними силами.

Некоторые крупные  формы рельефа возникли в результате хозяйственной деятельности человека — терриконы, карьеры, дамбы, выровненные  под строительство разных сооружений участки земной поверхности и др. Эти формы рельефа называются техногенными.

В рельефе дна  Мирового океана в зависимости от глубины выделяют: шельф (материковую  отмель), где глубины не превышают 200 м; материковый склон — до глубин в 2-3 тыс. м; ложе океана — на глубинах свыше 3 тыс. м. В пределах ложа расположены котловины — своеобразные подводные равнины на глубинах 4-6 тыс. м. Между ними протягиваются подводные горы: обычные хребты (например, хребты Ломоносова, Менделеева, Восточно-Индийский), не отличающиеся по происхождению от горных хребтов суши, и срединно-океанические хребты (Северо-Атлантический, Южно-Атлантический, Аравийско-Индийский и др.), не имеющие аналогов на материках. Эти хребты называются также рифтовыми, т. к. образуясь в местах расхождения литосферных плит, они вдоль центральной своей части имеют глубокий (до 1,5 км) разлом — рифт, через который изливается магма. В океане мНого подводных вулканов. Некоторые из вулканов так велики, что возвышаются над поверхностью океана в виде гористых островов (Гавайские, Курильские и др.). Особой формой дна являются океанические желоба, имеющие узкую форму, большую протяженность и огромную глубину (в Марианском желобе — до 11 022 м). Техногенные формы рельефа есть и на дне морей, правда, на мелководье.

Заключение.

   В заключении можно сказать несколько слов о сущности изучения земной коры.

   Геофизические  методы исследования земной коры (их называют также прикладной  и промысловой или региональной, разведочной и скважинной геофизикой) - это научно-прикладной раздел геофизики - фундаментальной науки, изучающей Землю и околоземное пространство с помощью естественных и искусственно создаваемых (управляемых) физических полей. Геофизика подразделяется на физику Земли, изучающую Землю как планету и содержащую такие разделы, как гравиметрия, магнитометрия, геоэлектрика, сейсмология, сейсмометрия, термометрия, ядерная геофизика, и геофизику ее оболочек: воздушной (атмосфера), водной (гидросфера) и каменной (литосфера).

   Учитывая  все возрастающую роль природных  эндогенных (внутренних) факторов, таких  как землетрясения, медленные  подъемы и опускания суши и  др., и экзогенных (внешних) факторов, например, выветривания, оползнепроявления  и др., а также антропогенно-техногенных сил (взрывов, загрязнений окружающей среды и др.), целесообразно выделить еще одну оболочку - биотехносферу. В нее следует включить части атмосферы, гидросферы, земной коры, являющиеся средой обитания человека и испытывающие антропогенно-техногенную нагрузку. Раздел геофизики, предназначенный для изучения этой оболочки Земли, можно назвать геофизикой биотехносферы или геофизической экологией.