Состав базальтов, эклогитов и перидотитов

(в весовых процентах)

В базальтах главные минералы представлены основными плагиоклазамии моноклинными пироксенами. Более плотные эклогиты состоят почти полностью из пироксена и граната. Плотность базальтов 2,9-3,0 г/см³, эклогитов - 3,4-3,6 г/см³.

Зоны скачкообразных фазовых изменений плотности вещества (без существенного изменения химического состава) предполагаются в мантии на глубинах 350-400 км и 650-700 км. На это, в частности, указывают результаты экспериментальных работ по физике высоких давлений. Они подтверждают, что в условиях огромных давлений и температур вещество за счет уплотнения упаковки молекул приобретает более компактную структуру.

Тектогенез. Тектоническими (греч. " тектоникос - относящийся к строительству) движениями называются перемещения отдельных блоков земной коры относительно друг друга. Различают колебательные, складкообразовательные и разрывные тектонические движения. Последние два типа выделяются как тектонические дислокации, или нарушения.

Колебательные движения. Земная поверхность постоянно попеременно то воздымается, то опускается. Каждое мгновение этого "дыхания" Земли незаметно глазу человека. Но длительные наблюдения подтверждают, что обширные участки земной коры, действительно, медленно поднимаются и опускаются относительно друг друга. Такие чередующиеся по знаку медленные вертикальные колебания земной поверхности называются колебательными, или вековыми, тектоническими движениями. Причины их кроются в глубоких недрах Земли. Возможно, они связаны с движением магматических расплавов. Некоторые исследователи связывают "вековые" колебания земной поверхности с влиянием лунно-солнечных приливов.

Изучение современных вертикальных движений земной коры показывает, что их скорость в среднем не превышает 1-2 см в год. То есть, за 1 млн лет может быть создан горный хребет, превышающий по высоте почти вдвое Гималаи. Установлено, что отдельные участки земной поверхности опускаются и поднимаются с различной скоростью. Например, в Японии за 1896-1928 гг. прибрежные части острова Хонсю погрузились в море до 70 мм, а центральные части опустились всего на несколько миллиметров.

С колебательными движениями связано перемещение береговой линии моря. Если прибрежный участок суши опускается, море переходит за береговую линию и наступает на сушу. Этот процесс называется трансгрессией (лат. " трансгрессио - переход). В случае поднятия суши, море отступает - регрессирует (лат. “ регрессус" - обратное движение).

Существует мнение, что трансгрессии и регрессии моря вызываются не только колебательными движениями земной поверхности, но и изменением объёма воды Мирового океана или внутреннего водоема. Знаменитый австрийский геолог Эдуард Зюсс (1831-1914) связывал такие медленные колебания уровня Мирового океана с изменением емкости океанических впадин и назвал их " эвстатическими " (греч. " эвстатис" - постоянный, спокойный) колебаниями. Установлено, что эвстатические колебания уровня Мирового океана происходят и вследствие возникновения или исчезновения материковых оледенений. Во время больших оледенений количество воды в океане должно было уменьшаться. Огромные массы ее связывались на суше в виде льда. Вследствие этого уровень Мирового океана понижался. Так, по оценкам, во время максимума последнего, четвертичного, оледенения уровень океана понижался более чем на 100 м. Таяние покровных ледников на материках, напротив, должно было значительно повысить уровень воды в морях и океанах.

Складкообразовательные (складчатые) движения создают необратимые изгибы пластов горных пород, называемые складками. Основой классификации складок является положение их изгиба. Существуют два основных вида складчатых дислокаций.

Если изгиб слоев обращен выпуклостью вверх (рис. 10, а), складка, называется антиклиналью (греч. "анти" - против, "клино" - наклоняю), прогнутая вниз складка (рис. 10, б) - это синклиналь (греч. "син" - вместе). Обычно они сопряжены друг с другом. В случае антиклинали крылья складки расходятся вверху от места изгиба в противоположные стороны. А у синклинали крылья сходятся вместе внизу у изгиба.

Основными элементами складок являются:

1) свод, или замок, - примыкающая к линии перегиба пластов центральная часть антиклинальной складки;

2) мульда (нем. " мульде" - корыто) - примыкающая к линии перегиба пластов центральная часть синклинальной складки;

3) крылья - расходящиеся от перегиба вниз (в случае антиклинали) или вверх (в случае синклинали) боковые участки складки;

4) осевая плоскость - воображаемая плоскость, делящая угол между крыльями складки пополам;

5) ось складки - линия пересечения осевой плоскости с поверхностью Земли;

6) шарнир - линия пересечения осевой плоскости с поверхностью любого из образующих складку пластов;

7) ядро - внутренняя часть складки, прилегающая к осевой поверхности, сложенная в антиклиналях более древними слоями горных поро сравнительно с возрастом пластов, составляющих внешнюю часть складки, а в синклиналях – более молодыми.

Если спроецировать очертания складки на горизонтальную плоскость, то они имеют в плане различную форму. Протяженные складки называются линейными; укороченные (с отношением длины к ширине от 10 до 3) - брахиантиклиналями (греч. " брахис" - короткий) и брахисинклиналями. Складки округлой формы с примерно равновеликими осями называются куполами.

Кроме них выделяются флексуры – крутые изгибы, соединяющие разновысотные участки пологого залегания слоев и моноклинали - широкие участки наклонного залегания слоев.

Изначально пласты осадочных пород залегают горизонтально или полого. На вопрос - каким образом и под влиянием каких сил пласты сминаются в складки? - точного ответа нет. Несомненно одно: процесс формирования складок очень длителен. Он растягивается на тысячи и миллионы лет. В этом случае твердые и хрупкие горные породы, видимо, ведут себя как вязкая жидкость.

Разрывные движения связаны с нарушением сплошности (непрерывности) пластов горных пород. Они сопровождаются образованием трещин без смещения разделенных ими блоков и разрывов (со смещением). Поверхность, вдоль которой происходит разрыв и смещение одного участка земной коры относительно другого, называется " плоскостью разрыва ". А смещенные блоки земной коры называются " крыльями ". Смещения вдоль разрывов могут быть вертикальными, наклонными и горизонтальными.

Если одно крыло сместилось по отношению к другому вниз, разрывное нарушение называется сбросом (рис. 11, 1), если поднялось вверх - взбросом (рис. 11, 2). Перемещение блока горных пород вверх по полого наклоненной (до 45°) поверхности другого блока называется надвигом (рис. 11, 4). В практике известны случаи, когда надвинутое крыло переместилось по пологой плоскости разрыва на расстояние до десятков километров. Такие пологие надвиги называются " тектоническими покровами ", или " шарьяжами " (фр. " шарьяж" - перевозка).

Разрывы нередко достигают в длину сотни и тысячи километров. И в ширину - десятки километров.

Разрывное нарушение, при котором крылья смещаются в горизонтальном направлении, называется сдвигом (рис.11, 3). Если перемещено правое (со стороны наблюдателя) крыло, сдвиг называется правым, если левое - левым.

В случае опускания блока горных пород вдоль двух плоскостей разрывов (рис. 11, 5), образуется " грабен " (нем. " грабен" - ров). Если блок, наоборот, поднялся (рис. 11, 6), структура называется " горстом " (нем. " горст" - возвышенность). Грабены часто имеют вид узких вытянутых в длину впадин. Их называют рифтами (англ. "рифт" - расселина, ущелье). Грабеном (рифтом), например, является впадина озера Байкал, глубина которого достигает 1620 м. В грабенах расположены также озеро Балатон (Венгрия), Мертвое и Красное моря. Крупной системой грабенов являются Великие Восточно-Африканские озера - Ньяса, Руква, Танганьика, Киву, Альберта. Они рассекают Восточную Африку от устья реки Замбези через область Больших Африканских озер до Абиссинии.

Крупные разрывные нарушения, распространяющиеся на большую глубину и имеющие значительную длину, называют глубинными разломами. Например, активный разлом Сан-Андреас протягивается на 1000 км через всю Калифорнию от Калифорнийского залива на юге до города Сан-Франциско на севере. Изучение глубокофокусных землетрясений по периферии Тихого океана показало, что наиболее крупные - сверхглубокие разломы проникают в мантию Земли на глубину до 700 км.

Разрывные нарушения играют огромную роль в формировании залежей полезных ископаемых. Они служат путями, по которым движутся рудные растворы, нефть и горючие газы, пресные и минерализованные воды и т.п.

Землетрясения. Приборами - сейсмографами регистрируется около 100 тыс. слабых толчков в год. По всему земному шару за этот же период происходит около 100 сильных землетрясений. Землетрясения приводят к огромным разрушениям и человеческим. Некоторые из них уносили сотни тысяч человеческих жизней. Причиной землетрясений, по мнению ученых, являются быстрые смещения вдоль разрывов блоков земной. Участок земных недр, где происходит первичная подвижка земных масс, называется “ гипоцентром ” (греч. “ гипо” - под, внизу; лат. "центрум"- центр круга), " очагом ", или “ фокусом ” (лат. “ фокус” - очаг), землетрясения.

Землетрясения проявляются короткими подземными толчками. Они продолжаются от доли секунды до нескольких десятков секунд. Но этого бывает достаточно для того, чтобы произвести огромные разрушения на поверхности Земли.

Очаг землетрясения, в котором зарождается первый импульс колебания, – это определенный объем горных пород, подвергшихся разрушению. Отсюда начинают свой стремительный бег в разные стороны сейсмические (упругие) волны. Они передаются на сотни и тысячи километров. Подавляющее количество землетрясений приурочено к глубинам до 100-200 км. Наиболее близкие к поверхности очаги землетрясений располагаются на глубинах около 10 км. Глубокофокусные землетрясения зарождаются на глубинах до 700 км. Проекция "очага" на земную поверхность называется " эпицентром " (греч. " эпи" - на, над; лат. "центрум" - центр круга) землетрясения.

В очаге землетрясения высвобождается огромная внутренняя энергия Земли, достигающая 10¹⁵-10²⁵ джоулей (Дж). Интенсивность землетрясений в эпицентре на поверхности Земли первоначально оценивалась визуально по 12-балльной шкале, основанной на степени разрушения построек. При 1-2 баллах колебания почвы улавливаются только сейсмографами. 3-4 - балльное землетрясение ощущается людьми. При 5-ти баллах раскачиваются висячие предметы, дребезжат стекла, осыпается побелка в домах. 6-балльное землетрясение вызывает легкое повреждение зданий, появление трещин в штукатурке и т.п. При 7-ми баллах появляются значительные повреждения зданий. 8 баллов - большие трещины в стенах, падение карнизов; появление оползней и трещин на склонах гор. При 9-балльном землетрясении происходят обвалы во многих зданиях, обрушиваются стены, перегородки, кровля; в грунтах образуются трещины, в горах - обвалы, осыпи, оползни. 10-балльное землетрясение разрушает большинство зданий; образуются трещины в грунте (до 1 м шириной), обвалы, оползни и т.п. За счет завалов речных долин возникают озера. 11 баллов - многочисленные трещины на поверхности земли, вертикальные перемещения по ним, большие обвалы в горах; общее разрушение зданий. 12 баллов - сильное изменение рельефа, многочисленные вертикальные и горизонтальные перемещения по разломам; огромные обвалы и оползни; изменение русел рек, образование водопадов и озёр; общее разрушение всех зданий и сооружений.

Энергия, вызвавшая сейсмические колебания в очаге землетрясения, оценивается по шкале безразмерных величин (от 1 до 9), называемых магнитудами (лат. "магнитудо" - величина). Под магнитудой понимается логарифм отношения максимального смещения частиц грунта (в микрометрах = 10^-6 м) в сейсмической волне данного землетрясения (на расстоянии 100 км от пицентра) к смещению эталонного землетрясения, магнитуда которого условно принята равной нулю. Предложил эту шкалу японский ученый Т.Вадати и усовершенствовал в 1935 г. американский сейсмолог Ч.Рихтер. По имени последнего она получила название «шкала Рихтера». Оценка силы землетрясений в магнитудах более объективна, чем в баллах 12- балльной шкалы. Магнитуда 6 соответствует 6-9 баллам, 7-8 – баллам и 8-10 – 12 баллам 12- балльной шкалы интенсивности землетрясений.

Основные геологические структуры земной коры. Под геологической структурой понимаются обособленные участки земной коры, отличающиеся характером залегания слагающих их горных пород. В рельефе планеты крупнейшими структурами земной коры разного знака являются континенты и океанические впадины. Между ними существуют серьезные различия в строении земной коры и верхней мантии:

1) под континентами толщина земной коры составляет 35-80 км, под океанским дном 5-10 км;

2) в разрезе земной коры континентов выделяются " осадочный ", " гранитный " и " базальтовый " слои; под океанами "гранитный" слой отсуствует;

3) " астеносфера " - слой, в котором мантийное вещество частично расплавлено, под материками залегает на глубине 150 км, под океанами – 15-150 км.

К числу крупных геологических структур континентов относятся платформы, горно-складчатые области, подводные окраины и кольцевые структуры.

Платформы (фр. "плат" - плоский, "форм" - форма) характеризуются пологим рельефом и рассечены крупными глубинными разломами. Обычно они имеют двухъярусное строение: осадочный чехол перекрывает более древний фундамент (рис. 12). Породы фундамента интенсивно смяты в складки, метаморфизованы. Осадочный чехол залегает на породах фундамента почти горизонтально со значительным угловым несогласием. Породы чехла образуют крупные пологие поднятия и прогибы, осложненные антиклинальными и синклинальными складками.

Области платформ с двухъярусным строением называются " плитами ". Они возникают на месте выровненных эрозией складчатых областей, погрузившихся под уровень моря. К плитам относится, в частности, Туранская плита. Она охватывает обширные территории Закаспия. В областях длительного прогибания земной коры, например в Прикаспийской низменности, мощность платформенного чехла достигает 20 км.

В пределах плит различают тектонические структуры более низкого порядка, в первую очередь, антеклизы и синеклизы.

Антеклизы - это крупные пологие выпуклые тектонические структуры, осложненные сводами, впадинами, валами и прогибами. Синеклизы подобны им по внутреннему строению, но в целом являются вогнутыми структурами (рис.12). Своды - округлые или овальные в плане приподнятые структурные элементы. Они разделяются подобными по морфологии впадинами. Своды нередко осложняются валами - узкими и длинными цепочками антиклинальных поднятий, разделенных прогибами.

В течение геологической истории Земли платформы многократно покрывались сравнительно неглубокими морями. В периоды трансгрессий и регрессий в них создавались благоприятные условия для формирования месторождений фосфоритов, бокситов и других осадочных полезных ископаемых. В широко распространенных на платформах болотах и озерах накапливались бурые железные руды и угли.

Там, где фундамент не погружался под уровень моря, осадочный чехол отсутствует. И породы фундамента (граниты и др.) в настоящее время выходят на земную поверхность (рис. 12). Такие участки платформ с одноярусным строением называются щитами. Примерами щитов являются: Балтийский щит Русской платформы, Алданский щит Сибирской платформы, Канадский щит Северо-Американской платформы, Южно-Африканский щит и др. Возраст щитов составляет от 1,5 до 4,0 млрд. лет. Породы, слагающие щиты, возникли на больших глубинах в условиях высоких температур и давлений.

Горно-складчатые области, или орогены (греч. " орос" - гора, "генезис" - происхождение), разделяют платформы, возвышаясь над ними. К орогенам приурочена большая часть вулканов. Здесь часты землетрясения. Горно-складчатые пояса имеют различный возраст. В течение длительного периода времени они разрушаются под воздействием выветривания и эрозии, и превращаются в молодые платформы.

Подводные континентальные окраины подразделяются в рельефе на пологий шельф (англ. “shelf“ - полка), где глубина моря медленно возрастает до 200 м, континентальный склон (c уклоном дна до 3-5°) и океанское дно.

Специфическими тектоническими структурами в пределах материков являются линеаменты (лат. " линеаментум" - линия). Это – линейные или дугообразные элементы планетарного значения, связанные с зонами крупных глубинных разломов, рассекающих земную кору на протяжении многих сотен и даже тысяч километров. С помощью космической съемки линеаменты выявлены в области горных сооружений Тянь-Шаня, Кавказа, в Центральных Альпах, в районе плато Колорадо, в районе Невады, в области Южно-Африканского кристаллического щита и т.д. Примером может служить Урало-Оманский линеамент. Он протягивается от экватора до полярных областей России. Проходит вдоль Оманского залива, омывающего восточный край Аравийской плиты, к ирано-афганской и ирано-пакистанской границам, затем пересекает юг Туркмении и вдоль Урала доходит до Российского Заполярья.

Океанское дно занимает более 2/3 поверхности Земли. Основными структурами его являются обширные океанские котловины, срединно-океанические и другие горные хребты и глубоководные желоба.

В области глубоководных желобов, например Тихий океан, отделен от материков зонами сверхглубоких разломов, уходящих на глубину до 700 км.

Некоторые ученые отрицают существование принципиальных различий между земной корой континентов и океанов. Они полагают, что океанам присущи те же структуры, что и материкам. Большая часть океанской котловины сопоставляется с континентальными платформами. А срединно-океанические хребты - с горными системами суши.

Космическими снимками на континентах установленны " кольцевые структуры, " сходные визуально с метеоритными кратерами, полученными на снимках Луны и Марса и называемыми ". Считается, что некоторые на земной поверхности образовались в результате столкновения астероидов и их осколков с Землей. Такие кольцевые структуры названы " астроблемами " (греч. " астрон" - звезда, "блема" - рана). На Земле известно более 170 астроблем. Треть из них находится в Северной Америке и четверть - в Европе.

При столкновении метеорита с Землей возникает ударная волна. Она дробит горные породы. Подсчитано, что при образовании кратера диаметром 30-80 км энергия метеоритного удара сопоставима с энергией катастрофических землетрясений. Но в отличие от них при ударе метеорита вся энергия выделяется мгновенно, за время в 10 тыс. раз более короткое. Согласно расчетам, в момент соударения с Землей возникает давление до 10 млн. атмосфер. Почти половина высвобождающейся энергии превращается в тепло. Температура в месте падения метеорита превышает 10 000° С. В результате горные породы оплавляются и частично испаряются. Возникают новые минералы, которые не могут появиться на Земле при обычных условиях.

Один из первых метеоритных кратеров установлен на Земле в конце ХIХ в. В штате Аризона (США) между городами Уинслоу и Флагстаф расположена чашеобразная котловина Метеор, имеющая 1220 м в поперечнике и 184 м глубиной. Она возникла около 50 тыс. лет назад при ударе железного метеорита, названного Каньоном Дьявола.

В кратере и вокруг него собрано более 30 т обломков метеоритного железа. Самый крупный из них весил более 639 кг. В измененных ударом метеорита песчаниках, слагающих плоскогорье, здесь впервые на Земле были обнаружены плотная и сверхплотная формы кремнезема. Обычно кремнезем (окись кремния - SiO₂) находится в земной коре в виде минерала кварца с плотностью около 2,65 г/см³. В Аризонском же кратере возникли два новых минерала - коэсит (с плотностью 3,01 г/см³) и стишовит (4,35 г/см³). Для их образования требуется давление в 35 и 100 тыс. атмосфер соответственно. На поверхности Земли такие температуры и давления отсутствуют. По мнению ученых, указанные минералы могли появиться на земной поверхности только в астроблеме - древнем метеоритном кратере.

Самый древний из известных метеоритных кратеров на Земле - Суавъярви находится в Карелии. Его возраст около 2,5 млрд. лет. Диаметр - 16 км. Самый молодой - Стерлитамакский метеоритный кратер (Башкирия) образовался в результате падения метеорита 17 мая 1990 г. Вокруг кратера, имеющего диаметр около 10 м и глубину 5 м, собрано много обломков космического железа весом от долей грамма до 6,6 кг. По этим обломкам и размерам воронки кратера определили, что метеорит до удара имел в поперечнике около 1 м.

Одной из крупных кольцевых структур является кратер "Ришат" (Мавритания). Ее сфотографировали с американского пилотируемого космического корабля "Джемини" (1965 г.) и советского "Союз-9" (1970 г.). В 1969 г. было установлено, что около 39 млн. лет назад на севере Сибири в районе реки Попигай упал гигантский метеорит массой примерно 1 млрд. т. Он достигал в поперечнике 1-1,5 км. Здесь обнаружена огромная круглая котловина, глубиной полкилометра и в поперечнике достигающая ста километров.

Самый большой метеоритный кратер на Земле - Чиксулуб возник около 65 млн. лет назад в Мексике на полуострове Юкатан. Его диаметр - 180 км. Повидимому, тогда с Землей встретился астероид, имеющий в поперечнике примерно 10 км. Встреча Земли с таким астероидом, по расчетам, равнозначна взрыву миллиарда таких ядерных бомб, как бомба, уничтожившая в 1945 г. японский город Хиросиму.

На подходе к Земле астероид развалился на несколько обломков разного размера. Столкновение с ними оказало катастрофическое воздействие на жизнь на Земле. Гигантские взрывы вызвали землетрясения и воздушную ударную волну. Тепловое излучение сжигало все вокруг на десятки километров. Дым от пожаров, пыль и пар, выброшенные из кратеров, затмили Солнце. Это вызвало резкое долговременное похолодание. При образовании кратера Чиксулуб испарилось огромное количество ангидрита (сернокислого кальция). Вследствие этого на Землю выпал дождь из серной кислоты. На каждый квадратный километр поверхности планеты в среднем приходилось 1200 г кислоты.

Это вызвало гибель растений и животных на суше и в верхних слоях океанских вод. По мнению некоторых исследователей, именно с этой катастрофой связаны массовая гибель динозавров, летающих и плавающих ящеров, морских моллюсков, а также резкое сокращение разнообразия кораллов, фораминифер и других микроорганизмов, сильное изменение наземных растений и водорослей.

ммс