Внутренние геосферы Земли

В твердом теле Земли выделяют три оболочки: центральную - ядро, промежуточную - мантию и наружную - земную кору.

В настоящее время имеются разнообразные представления о внутреннем строении и составе Земли. Наиболее совершенной моделью строения Земли признана модель Гутенберга-Буллена (рисунок 1.4).

Рисунок 1.4 – Внутреннее строение Земли

(модель Гутенберга-Буллена)

Ядро – внутренняя, наиболее плотная оболочка Земли. Резкое изменение скорости распространения продольных волн (с 13,6 до 8,1 км/с), затухание поперечных волн и появление высокой электропроводности свидетельствуют об изменении агрегатного состояния вещества. На основании сейсмических данных, и измерения собственных крутильных колебаний Земли (обнаружено отсутствие сцепления между мантией и ядром) полагают, что внешнее ядро находится в состоянии, приближающемся к жидкому. На границе мантия - ядро, видимо, температура достигает 2500-3000°С, а давление около 300 ГПа.

В пределах внутреннего ядра скорость продольных волн вновь возрастает, и вещество, по-видимому, находится в твердом состоянии. Химический состав внешнего и внутреннего ядра приблизительно одинаков – железо-никелевый, близкий, видимо, к составу железных метеоритов. По преобладающим компонентам (Ni-Fe) эту оболочку называют “нифе”.

Мантия – это самая крупная промежуточная оболочка Земли, заключенная между поверхностью Мохоровичича сверху и границей Вихерта-Гутенберга внизу. Масса мантии составляет около 2/3 массы Земли. О составе вещества мантии имеются лишь гипотетические предположения.

Верхняя мантия характеризуется наличием вертикальных и горизонтальных неоднородностей. Строение этого слоя под континентальными и океаническими структурами существенно отличается. Установлено, что на глубине, которая в океанах близка к 50 км, а на материках колеблется между 80-120 км, начинается слой пониженных сейсмических скоростей, ограниченный сверху и снизу средой с большими сейсмическими скоростями. В этом слое упругая волна распространяется как в канале, поэтому и слой называется сейсмическим волноводом, или астеносферой (т.е. геосферой "без прочности"), исходя из повышенной пластичности, размягченности слагающего вещества. Под океанами волновод распространяется вглубь до 300-400 км, а под материками его толщина 100-150 км.

Земную кору с верхней частью мантии, включая астеносферу, объединяют в тектоносферу (В.В. Белоусов).

Промежуточный слой и нижняя мантия по сейсмическим характеристикам являются более гомогенными средами, чем верхняя мантия. В зоне С до глубины около 600 км отмечается быстрое увеличение скоростисейсмических волн, а затем постепенное снижение. В зоне D скорость остается практически постоянной до раздела Вихерта-Гутенберга (рисунок1,4).

На границе земная кора - мантия температура превышает 1000° С, давление 2000 МПа.

Земная кора - это верхняя каменная оболочка Земли, сложенная магматическими, метаморфическими и осадочными породами и имеющая мощность от 7 до 70-80 км. Нижняя граница земной коры как бы зеркально повторяет поверхность Земли. Под материками она глубоко опускается в мантию, под океанами приближается к поверхности Земли.

Литосфера - это верхняя каменная оболочка Земли, включающая, в отличие от тектоносферы, земную кору и верхнюю мантию до кровли астеносферы.

Важнейшей особенностью строения земной коры является отчетливо выраженная неоднородность, проявляющаяся как в вертикальном, так и горизонтальном направлении.

4. Вертикальная и горизонтальная неоднородность.

Вертикальная неоднородность. Сейсмическими исследованиями в строении земной коры выделены три оболочки, сложенные различными по составу, свойствам и происхождению горными породами.

1) Стратисфера (лат. "стратум" - слой) сложена осадочными и вулканогенно-осадочными породами: глинами и глинистыми сланцами (42%), песчаными (20%), вулканогенными (19%) и карбонатными (19%) породами. Слой покрывает почти всю поверхность Земли и в глубоких впадинах достигает мощности 20-25 км (в среднем 3 км).

2) Гранитная (гранито-гнейсовая, гранито-метаморфическая) оболочка, названная так по сходству свойств образующих ее пород со свойствами гранитов, сложена гнейсами (37,6 %), гранодиоритами, диоритами (19,9 %), гранитами (18,1 %), амфиболитами (9,8 %), кристаллическими сланцами (9,0 %), а также габбро, мраморами, сиенитами и др.

Возможно полное отсутствие слоя в разрезе. Нижней границей гранитного слоя является сейсмический раздел Конрада.

3) Базальтовая оболочка - состоит из более тяжелых кристаллических пород, которые по своим свойствам близки земным базальтам - магматическим породам. Слой сложен магматическими породами различной степени метаморфизма.

Горизонтальная неоднородность. Площадная неоднородность строения земной коры проявляется, прежде всего, в различном строении ее на континентах (материках) и в пределах океанических впадин. Участки земной коры, различающиеся типом геологического строения, называются структурными элементами.

С точки зрения закономерностей пространственного строения океаны и континенты – это структуры I (планетарного) порядка, существенно отличающиеся геологическим строением и характером развития. Выделяют также кору переходного типа: субокеаническую и субконтинентальную.

В пределах структурных элементов I порядка по особенностям геологического строения и развития выделяются структуры II порядка: на материках – платформенные и геосинклинальные (горноскладчатые) области, на океанической коре – платформы и срединно-океанические хребты. В свою очередь названные структуры могут быть разделены по особенностям строения на более мелкие структурные элементы (более высоких порядков): глобальные, региональные и локальные.

Минимальная мощность коры наблюдается на платформах. Максимальная – в геосинклинальных (горноскладчатых) областях.

Платформы (фр. "плат" – плоский, "форм" – форма) – это обширные тектонически устойчивые области. Они характеризуются средними и устойчивыми значениями мощности земной коры; горизонтальным или почти горизонтальным залеганием осадочных пород; равнинным рельефом. Платформы имеют двухъярусное строение и состоят из более древнего кристаллического фундамента и перекрывающего его осадочного чехла

Области платформ с двухъярусным строением называют плитами. Выходы фундамента на дневную поверхность называются щитами.

Геосинклиналями (греч. "гео" – земля; "син" – вместе; "клин" – наклон) называются линейно вытянутые тектонические подвижные зоны. Они характеризуются значительной до 70-80 км мощностью земной коры и ее резкими колебаниями; нарушенным складчато-разрывным залеганием горных пород; горным рельефом.

Кора континентального типа состоит из трех слоев: осадочного, гранитного и базальтового. В отдельных участках материков гранитный слой по тем или иным причинам отсутствует.

Океаническая кора отличается от материковой значительно меньшей толщиной (6-7 км) и составом (она лишена гранитного слоя). Тонкий (несколько сотен метров) осадочный слой залегает на базальтовом океаническом слое, петрографический состав которого имеет специфические особенности.

Субокеаническая кора развита во внутренних и краевых морях, где глубины не превышают 2 км. Ее строение отличается от строения океанической коры большей мощностью рыхлых осадков (до 3-6 км и более).

Субконтинентальная кора характерна для окраин материков и островных дуг. От материковой коры она отличается меньшей мощностью. Другой особенностью является постепенность перехода от гранитного слоя к базальтовому.