ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ПО ОБЩЕЙ ГЕОЛОГИИ

ЗЕМНАЯ КОРА - ГЕОСФЕРА ЗЕМНОГО ШАРА

Общие сведения

Земля — это космическое тело в составе Солнечной системы, в которую входят планеты, спутники планет, астероиды и кометы.

Планет в Солнечной системе девять. К планетам земного типа относятся Меркурий, Венера, Земля и Марс, к внешним планетам — Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Расстояние от Земли до Солнца составляет примерно 150 млн км. Планеты земного типа относительно плотные, но обладают сравнительно небольшими размерами и массой. Меркурий лишен атмосферы, на остальных планетах этого типа она имеется, причем на Марсе атмосфера близка земной. Внешние планеты имеют большие размеры и массу, но отличаются сравнительно небольшой плотностью. Атмосфера этих планет состоит главным образом из метана и аммиака.

Главные особенности Земли как планеты заключаются в наличии жизни, обилии воды (более 71 % поверхности), небольших размерах (радиус всего 6370—6380 км), большой плотности (5,5 г/см³), большом возрасте (4600 млн — 200 млн лет).

О происхождении Земли. Этот вопрос является важным в естествознании. Земля образовалась около 4 млрд 600 млн лет назад. Во всяком случае, так думают ученые. Было немало споров (да и сейчас они продолжаются) по поводу того, как это произошло. Большинство ученых сегодня склонны думать, что Земля образовалась из пыли, точнее — из газопылевого облака. Это облако за счет близкой вспышки сверхновой звезды приобрело достаточную плотность и продолжало сжиматься под действием сил гравитации. В результате появилось тело, состоящее из газов и взвеси твердых частиц, в нем началось перераспределение вещества, легкие элементы — водород, гелий — ушли на периферию тела, а тяжелые, например железо, — внутрь.

В середине XX в. российский академик О.Ю. Шмидт выдвинул гипотезу происхождения планет Солнечной системы, в том числе и Земли, согласно которой Солнце на своем пути пересекло и захватило одно из пылевых скоплений Галактики, поэтому планеты образовались не из раскаленных газов, а из пылевидных частиц, вращающихся вокруг Солнца. В этом скоплении со временем возникли уплотненные сгустки материи, давшие начало планетам.

Заслуживает внимания гипотеза В.Г. Фесенкова, который считает, что в недрах звезд, в том числе и Солнца, протекают ядерные процессы. В один из периодов времени это привело к быстрому сжатию и увеличению скорости вращения Солнца. При этом образовался длинный выступ, который потом оторвался и распался на отдельные планеты.

Гипотез о происхождении Земли, как и всей Солнечной системы, существует достаточно много. Все эти гипотезы детально рассмотрены в книге профессора Ростовского государственного университета И.И. Потапова «Геология и экология сегодня» (1999 г.).

В заключение следует отметить, что на сегодня обоснованной теории происхождения Земли нет, отдельные гипотезы рассматривают только часть вопросов этой сложнейшей проблемы современного естествознания. Решение этой проблемы — в будущем.

Установлено, что масса Земли равна 5,98 • 10²⁷г, объем 1,083 • 10²⁷см³. Средний радиус равен 6371 км, средняя плотность 5,52 г/см³, среднее ускорение свободного падения 981 Гал.

Форма Земли близка к трехосному эллипсоиду вращения с полярным сжатием, у современной Земли полярный радиус равен 6356,78, а экваториальный — 6378,16 км. Длина земного меридиана составляет 40008,548 км, длина экватора 40075,704 км. «Сплюснутость» Земли обусловлена ее вращением. Иногда форму нашей планеты именуют сфероидом, но для Земли чаще используют термин «геоид».

Строение земного шара. Ббльшая часть знаний о том, что же находится в недрах Земли, этого огромного шара, в целом, пока не выходит из области научных предположений.

Внутреннее строение изучают путем: 1) прямых непосредственных наблюдений и 2) геофизических методов. К числу прямых наблюдений относят изучение глубин Земли с помощью буровых скважин, шахт, тоннелей. Глубина скважин редко превышает 5 км. Исключение составляют только несколько сверхглубоких скважин, но и их глубина пока не достигла 15 км, что объясняется пределом современных технических возможностей. Такая глубина позволяет судить только о геологии земной коры, но не всей Земли. В России такую сверхглубокую скважину (12,262 км) пробурили на Кольском полуострове, в США это сделали через дно океана, но на значительно меньшую глубину, в Германии глубина такой скважины превысила 9 км.

Сверхглубокие буровые скважины открыли много нового в строении и составе земной коры. Так, например, Кольская скважина на глубине 1600—1800 м вскрыла рудное тело с промышленным содержанием меди и никеля, в то время как раньше полагали, что никель глубже 700 м встречаться не должен. Пока вполне очевидно, что по результатам проведения малого числа сверхглубоких выработок сделать окончательные выводы о строении земных недр нельзя.

Определенные сведения о том, что находится внутри Земли, получают, изучая лаву, которая извергается из вулканов, но и в этом случае сведения ограничены, так как очаги вулканов не превышают глубину 100 км.

Геофизические методы познания глубин Земли также являются косвенными, но они все же приносят определенные сведения о том, что происходит внутри Земли. Наиболее интересные результаты дает раздел геофизики, который посвящен волнам — это сейсмология. Важнейшим научным открытием начала XX в. стал основанный на данных сейсмологии вывод о наличии в Земле концентрических оболочек различной плотности — земной коры, мантии и ядра. Такие оболочки получили название геосфер. Это внутренние геосферы, а к внешним относятся гидросфера, атмосфера и биосфера, которая занимает гидросферу и пограничный слой земли с атмосферой. Геосферы показаны на рис. 1.

Фазовое состояние геосфер различно: атмосфера — газ, гидросфера — жидкость, земная кора — твердое вещество, верхняя мантия сложена веществом с относительно малой вязкостью. Вообще же мантия состоит из аморфного вещества, в той или иной степени насыщенного газами и достаточно подвижного. Ядро, по всей видимости, состоит из двух частей: внешнее, возможно,— жидкое, внутреннее — твердое. Предполагают, что ядро железоникелевое. Имеется мнение, что оно находится не в кристаллическом, а в аморфном состоянии и похоже на загустевший мед или стекло.

Внешние геосферы. Атмосфера располагается до высоты 1300 км от поверхности Земли , но уже выше 100 км ее следы ничтожны. Главными составляющими атмосферы являются азот, кислород, диоксид углерода и пары воды; другие газы присутствуют постоянно, но в малых количествах, хотя некоторые из них имеют большое значение для биосферы. Озон концентрируется на высоте 10—15 км и образует

Рис. 1. Геосферы Земли

слой, который защищает все живое от вредного ультрафиолетового излучения Солнца. Атмосфера состоит из трех слоев: тропосферы (высоты до 8 км), стратосферы (до 55 км) и ионосферы (выше 55 км). Тропосфера определяет климат, который бывает континентальным, с большой разницей ночных и дневных температур, и морским, с незначительной разницей температур. С удалением от поверхности Земли температура атмосферы резко понижается и на высоте 10— 12 км она уже составляет около — 50 °С. В тропосфере происходит образование облаков и сосредоточены тепловые движения воздуха. У поверхности Земли наиболее высокая температура была отмечена в Ливии (+58 °С в тени). Наиболее низкая температура зафиксирована в Антарктиде (—89 °С), а на территории России в Якутии (—71°С).

Гидросфера, или водная оболочка Земли, включает воду морей и океанов, рек, озер и болот, льды, подземные воды. Средняя мощность гидросферы около 3,8 км, наибольшая — 11 521 м (Марианская впадина в Тихом океане). По отношению к объему земного шара объем гидросферы не превышает 0,13 %. Температура воды самая высокая в Персидском заливе (+35,6 °С), а наиболее низкая в Северном Ледовитом океане (—2,8 °С). Более 98 % всех водных запасов Земли составляют соленые и минерализованные воды, а пресных — всего 2 %. В России достаточно большие запасы пресной воды.

Гидросфера играет важную роль в проявлении многих геологических процессов, как созидательного, так и разрушительного характера. Изучение гидросферы, в частности Мирового океана, продолжается. Установлено: поверхность океана не идеально гладкая и поэтому понятие «уровень моря» на сегодня не совсем точное. Поверхность океанов имеет пять гигантских впадин и выпуклостей. Так, например, к югу от острова Цейлон поверхность океана опущена на 112 м, а в районе островов Новая Гвинея поднята на 78 м.

Биосфера — это область распространения живого вещества, которая находится в постоянном взаимодействии с земной корой, гидросферой и атмосферой. Значительная часть геологической истории Земли связана с деятельностью животных и растительных организмов, особенно в поверхностной части земной коры, так, например, образовывались известняки-ракушечники, торфы и др. Биосфера в атмосфере распространяется до озонового слоя, в океане — на всю толщу воды, в земной коре, видимо, тоже на большую глубину, как показали сверхглубокие буровые скважины.

Внутренние геосферы. Остановимся на более подробной характеристике земной коры, которая является не только источником минерального сырья, природных ресурсов, но и сферой жизни человечества и его строительной деятельности.

Земная кора представляет собой самый верхний слой Земли, это каменная оболочка, залегающая на верхней мантии. Она формировалась, да и сейчас продолжает непрерывно видоизменяться, под действием трех основных процессов: 1) эндогенных, 2) экзогенных и 3) се-диментационных.

Эндогенные процессы включают в себя тектонические и магматические проявления, которые ведут к вертикальным перемещениям масс вещества в земной коре — поднятиям и опусканиям, что создает основные формы рельефа Земли (горы, равнины, океанические впадины).

Экзогенные процессы — это выполаживание, выравнивание рельефа Земли за счет выветривания, эрозии, абразии, гравитационных сил.

Седиментационные процессы (осадконакопление) — заполнение осадками всех созданных при эндогенезе неровностей рельефа Земли.

В настоящее время кора по вертикальному строению разделяется на два типа: 1) континентальную и 2) океаническую (рис. 2).

Континентальная (материковая) земная кора состоит из осадочного покрова, гранитного и базальтового слоев. Средняя мощность коры 35—45 км, максимальная — до 75 км (под горными сооружениями). Осадочный покров сложен глинистыми и карбонатными по-

А

Равнина

V V V / / / / / / V V V V V V V V V V Базальтовый слой V ууууууМу У_у УУУУУУУУ у._?_ УУУУУУУУУУ

Рис. 2. Строение земной коры:

А — континентальной; В — океанической

родами, песками и имеет различную мощность от 0 (на древних кристаллических породах) до 15 км и более. Под осадочным покровом залегают докембрийские граниты, нередко преобразованные процессами метаморфизма. Под гранитами залегают базальтовые образования совместно с метаморфическими и амфиболитами.

Океаническая земная кора отличается от континентальной отсутствием гранитного слоя и значительно меньшей мощностью (5— 10 км). Кора сложена тонким слоем (менее 1 км) донных осадков.

Из всех известных на Земле химических элементов лишь 8 составляют основную массу земной коры (~ 99 %). Химические элементы присутствуют в виде соединений и реже в свободном виде.

Химический состав земной коры в целом выглядит следующим образом (%): кислород — 46,8; кремний — 27,3; алюминий — 8,7; железо — 5,1; кальций — 3,6; натрий — 2,6; калий — 2,6; магний — 2,1 и другие — 1,2.

В земной коре содержится довольно много радиоактивных элементов — уран О²³², торий ТЬ²³⁷, калий К⁴⁰ и др. Основная их масса тяготеет к слою гранита континентальной коры.

Понятие о литосфере. В современном понимании — это земная кора совместно с самой верхней частью мантии. Все это представляется как «каменная» единая оболочка. Мощность литосферы неопределенна и колеблется, вероятно, от 50 до 200 км.