Оболочки Земли

Оболочки Земли - ионосфера, атмосфера, гидросфера, земная кора, мантия и ядро - имеют различные физические свойства и химический состав, обладают автономностью в своем развитии, но находятся в активном взаимодействии между собой (как смежные, так и далеко отстоящие друг от друга).

Земная кора, мантия и ядро

Земная кора представляет собой самую верхнюю оболочку твердой Земли. Она изменяет свою мощность от 0 км на некоторых участках СОХ и океанических разломов до 70-75 км под наиболее крупными горными сооружениями (Андами, Гималаями, Тибетом). Состав и строение коры под континентами и океанами различные. Выделяют океанский, континентальный и промежуточный типы коры.

Океанская кора занимает 56 % земной поверхности, имеет мощность обычно не более 5-6 км, которая возрастает к подножию континентов. В строении океанской коры выделяют три слоя: осадочный, базальтовый и габбро-перидотитовый.

Осадочный слой имеет мощность около 1 км в центральных частях океанов, до 10-15 км по периферии океанов и полностью отсутствует в центральных частях СОХ. В составе слоя развиты глинистые, кремнистые и карбонатные глубоководные пелагические осадки. Карбонатные осадки распространены до определенной глубины, а ниже они исчезают вследствие растворения. Ближе к континенту появляется примесь терригенного материала. Скорость распространения продольных сейсмических волн в первом слое составляет от 2 до 5 км/с.

Базальтовый слой океанской коры в своей верхней (2А) части образован базальтами с редкими прослоями пелагических осадков. Базальты имеют массивное сложение, но нередко отмечаются пиллоу- лавы с характерной подушечной отдельностью. В нижней части этого слоя (2В) развиты параллельные дайки долеритов. Общая мощность базальтового слоя 1,5-2,0 км, а скорость продольных сейсмических волн 4,5-5,5 км/с.

Строение осадочного слоя изучено драгированием и бурением, базальтового - бурением, он вскрыт скважиной 504 на мощность 1 836 м (в Тихом океане вблизи побережья Эквадора).

Габбро-перидотитовый слой океанской коры состоит из полнокристаллических пород основного и ультраосновного составов. В верхней части обычно развиты габбро, а в нижней - породы полосчатого комплекса, образовавшиеся при дифференциации габбро. Мощность этого слоя 5 км. Скорость распространения продольных волн достигает 7,5 км/с. Возраст коры современных океанов не превышает 170 млн лет.

Выделяют две разновидности океанской коры: первая - утолщенная (до 25-30 км) океанская кора в пределах внутренних поднятий океанов (океанское плато); вторая - кора океанского типа, надстроенная мощным осадочным слоем (Прикаспийская впадина).

В пределах континентов аналогами коры океанского типа являются офиолиты. Они развиты в складчатых поясах и имеют более древний возраст, вплоть до раннедокембрийского. Офиолиты характеризуются ассоциацией в едином разрезе 1) серпентинизированных перидотитов, габбро, 2) диабазов, спиллитов и 3) радиоляритов, названной триадой Штейнманна по имени немецкого геолога, впервые отметившего сообщество этих пород в центральных зонах складчатых поясов. Позднее один из пионеров океанской геологии Г. Хесс высказал предположение, что офиолиты являются фрагментами древней океанической коры.

Континентальная кора распространена в пределах континентов, шельфовых зон и внутри океанских бассейнов - микроконтинентов. Она занимает 41 % площади земной поверхности. Средняя мощность - 35-40 км, под горными сооружениями достигает 70-75 км. В строении континентальной коры выделяют три слоя (сверху вниз): осадочный, верхний и нижний.

Осадочный слой состоит из осадочных пород континентального или мелководного морского происхождения, участками встречаются покровы и силлы долеритов (траппы). В пределах щитов осадочный слой отсутствует. Скорость продольных волн составляет 2-5 км/с. Возраст осадочного чехла - до 1,7 млрд лет.

Верхний слой консолидированной коры выступает на дневную поверхность на щитах, слагает цоколи платформ и осевые зоны складчатых сооружений. В пределах щитов этот слой сложен гнейсами, амфиболитами, высокометаморфизованными кристаллическими сланцами и гранитами, в связи с чем нередко называется гранитогнейсовым. В фундаменте молодых платформ и в пределах молодых складчатых сооружений этот же слой называют гранитно-метаморфическим. Он сложен ме- таморфитами зеленосланцевой, эпидот-амфиболитовой и в меньшей степени амфиболитовой фаций при подчиненном развитии гранитов. Скорость распространения продольных волн 5,5-6,5 км/с. Мощность слоя достигает 15-20 км на платформах и 25-30 км в складчатых областях.

Нижний слой консолидированной коры В.В. Белоусовым назван гранулит-базитовым. Породы нижней коры метаморфизованы более интенсивно, чем верхней, и по составу они более основные, хотя в них присутствуют кислые гранулиты. По данным сейсмологов, в нижней коре отмечаются многочисленные параллельные отражающие площадки (рефлекторы), которые интерпретируются как пластовые тела основных пород. В некоторых районах предполагается (особенно под трапповыми полями), что кора подстилается продуктами кристаллизации основной магмы. Скорость распространения продольных волн в нижней коре 6,4-7,7 км/с.

Граница между верхней и нижней корой (граница Конрада, по имени немецкого геофизика) сейсмическая. Иногда по сейсмическим данным фиксируется две границы (/6| и К2), бурение не подтверждает существование четкой границы между верхней и нижней корами. Это послужило основанием для выделения двух слоев в нижней коре.

Помимо крайних типов кор, выделяют субокеанский и субконтинентальный типы кор. Субокеанская кора изучена в Мексиканском заливе. Она представляет собой утоненную (до 15-20 км) и пронизанную дайками и силлами основных магматических пород континентальную кору. Субконтинентальная кора образуется в том случае, когда океанская кора в энсиматических вулканических дугах превращается в континентальную, но не достигает полной зрелости. Мощность менее 25 км, скорость распространения продольных волн не более 5,0-5,5 км/с в низах коры.

Поверхность Мохоровичича (Мохо, М - по имени хорватского геофизика) - граница между корой и мантией, выражающаяся в скачке скоростей продольных сейсмических волн от 7,5-7,7 до 7,9-8,2 км/с. В океанах эта граница располагается между полосчатым комплексом габброидов и сплошным серпентинизированным перидотитом (гарц- бургитом или лерцолитом).

Мантия состоит из двух слоев - верхнего и нижнего.

Верхняя мантия. Мантийные перидотиты выступают на поверхность дна в скалах Сан-Паулу в Атлантике против берегов Бразилии, на о. Забаргад в Красном море. Граница Мохо в океанах сильно тектонизирована, вдоль нее происходят сильные подвижки, срывы коры относительно мантии. Верхи океанской мантии зафиксированы на суше в перемещенных на нее фрагментах океанской литосферы мощностью около 8 км в Горном Омане и до 12 км в Папуа - Новой Гвинее. Сложены они в основном гарцбургитами. На континентах поверхность Мохо недоступна для непосредственного наблюдения, и в ряде случаев отмечается сложный характер ее строения. На Украинском щите обнаруживаются Мь М2, М3 (по В.Б. Салогубу и А.В. Чеку- нову), фиксирующие фазовые превращения. В континентальной мантии кроме перидотитов в подчиненном количестве присутствуют экло- гиты - высокометаморфизованные основные породы, которые представляют собой фрагменты океанской коры, попавшие в мантию в зонах субдукции.

Верхняя часть мантии вторично обеднена рядом химических элементов - кремнием, щелочами, ураном, торием, редкими землями и другими так называемыми некогерентными элементами - в результате выплавления из нее базальтов. Эта истощенная (деплетированная) мантия простирается под континентами на большую глубину, чем под океанами, охватывая почти всю ее литосферную часть. Глубже распространена неистощенная мантия. Средний первичный состав мантии близок к шпинелевому лерцолиту или гипотетической смеси перидотита и базальта в пропорции 3:1, названной австралийским геологом А.Е. Рингвудом пиролитом.

Слой Голицына (переходная зона от верхней к нижней мантии) подстилает тектоносферу и располагается на глубине от 410 до 660 (670) км. Верхняя граница сейсмическая, объясняемая фазовым переходом оливина в более плотную модификацию с выделением тепла. На нижней границе слоя Голицына 660 (670) км также предполагается фазовый переход оливина (шпинели) и пироксена (граната) в пе- ровскит и магнезиовюстит, протекающий с поглощением тепла. Считается, что ниже этой границы в мантии увеличивается содержание железа, но доказательств этому нет. Недавно в верхней части слоя Голицына, на уровне 520 км, установлена сейсмическая граница, которая прослеживается под континентами и отсутствует под океанами. Возможно, она характеризует «корни континентов».

Н и ж няя мантия занимает интервал от 660 (670) до 2 900 км (границы ядра). Материалы сейсмотомографии свидетельствуют о неоднородности нижней мантии. Верхнюю часть до глубины 1 000 км иногда объединяют с переходной зоной, называя слой 410-1 000 км средней мантией.

Следующая граница намечается на глубине 1 700-1 900 км. Ниже ее в составе мантии, возможно, присутствуют только оксиды кальция, магния, железа и кремния.

Наибольшее внимание привлекает самый нижний слой толщиной 200-300 км, который прослеживается над поверхностью ядра. Этот слой известен под индексом D", поскольку в схеме земных оболочек К. Буллена нижняя мантия обозначается индексом В (кора - А, верхняя мантия - В, переходный слой мантии - С, а остальная ее часть - D). Примечательной особенностью слоя D" является его изменчивая мощность по латерали. Он выделяется температурой и химическим составом. В самом основании слоя предполагается присутствие тонкого прослоя с частично расплавленным веществом. Слой D" рассматривается как базальный уровень, до которого погружаются субдуцирован- ные в мантию холодные пластины (слэбы) океанской литосферы и от которого поднимаются самые глубинные струи разогретого мантийного вещества - «плюмы».

Ядро подразделяется на внешнее и внутреннее.

Внешнее ядро Земли (2 900-5 150 км) находится в расплавленном состоянии, о чем свидетельствует затухание в нем поперечных сейсмических волн. Вещество ядра испытывает интенсивное конвективное перемешивание, что в сочетании с осевым вращением

Земли создает ее главное магнитное поле. Ориентировка магнитного поля время от времени испытывает быстрое обращение (инверсию), когда знак полюсов меняется на обратный. Состоит внешнее ядро в основном из железа и никеля с некоторой примесью кремния, кислорода, серы и, возможно, калия и водорода.

Внутреннее ядро (от 5 150 км) находится в твердом состоянии и состоит из железа и никеля. Оно анизотропно и вращается с иной скоростью, чем вся остальная планета. Предполагается, что внутреннее ядро обособилось позже ядра в целом и что с остыванием Земли оно растет при вытеснении элементов-примесей во внешнее ядро.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >