ХИМИЧЕСКИЙ И МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ НЕДР ЗЕМЛИ - раздел Геология, ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ Определение Химического И Минерального Состава Геосфер Земли Представляет Соб...
Определение химического и минерального состава геосфер Земли представляет собой очень сложную задачу, которая во многом может быть решена лишь весьма приблизительно, основываясь на косвенных данных. Прямые определения возможны только в пределах земной коры, горные породы которой неоднородны по своему составу и сильно различаются в разных местах.
Средний химический состав горных пород земной коры приведен в табл. 2 по данным А. А. Ярошевского, где четко видна разница в составе между континентальной и океанической корой, которая носит принципиальный характер. Верхний слой континентальной коры состоит из гранитов и метаморфических пород, обнажающихся на кристаллических щитах древних платформ, а также эффузивных базальтов. Нижний слой коры практически нигде не вскрыт, но в его составе должны преобладать основные породы — базиты, как магматические, так
5. У8-1
и метаморфические. Об этом свидетельствуют геофизические и экспериментальные данные. Тем не менее приведенные выше данные о среднем составе земной коры могут быть отнесены только к верхней части земной коры, тогда как состав нижней коры все еще остается областью догадок.
Таблица 2
Средний химический состав (в %) земной коры и верхней мантии
| Компонент
| Верхняя часть контине нтальной коры
| Океаническая кора
| Верхняя мантия
| | sio2
| 63,83
| 49,89
| 45,3
| | ТЮ2
| 0,54
| 1,38
| 0,2
| | А1А
| 14,92
| 14,81
| 3,6
| | FeA
| 1,75
| 1,79
|
| | FeO
| 3,68
| 8,6
| 7,3'
| | MnO
| 0,09
| 0,18
| 0,1
| | MgO
| 2,83
| 7,38
| 41,3
| | CaO
| 4,08
| 11,93
| 1,9
| | Na20
| 3,02
| 2,38
| 0,2
| | K,0
| 2,84
| 0,23
| 0,1
| | PA
| 0,14
| 0,14
| ?
| | с
opr.
| 0,05
| ?
| ?
| | CO,
| 0,9
| 0,42
| ?
| | н2о
| 1,17
| 0,85
| ?
| |
Горные породы, из которых сложена континентальная кора, несмотря на разнообразие, представлены несколькими типами. Среди осадочных пород преобладают песчаники и глинистые сланцы (до 80 %), среди метаморфических — гнейсы и кристаллические сланцы, а среди магматических — граниты и базальты. Следует подчеркнуть, что средние составы песчаников и глинистых сланцев близки к средним составам гранитов и базальтов, что свидетельствует о происхождении первых за счет выветривания и разрушения вторых.
1 Общее содержание Fe, пересчитанное на FeO.
В океанической коре по массе абсолютно преобладают базальты (около 98 %), в то время как осадочные породы самого верхнего слоя имеют очень небольшую мощность. Самыми распространенными минералами земной коры являются полевые шпаты, кварц, слюды, глинистые минералы, образовавшиеся за счет выветривания полевых шпатов. Подчиненное значение имеют пироксены и роговые обманки. Различие среднего состава континентальной и океанической коры предопределено, по А. А. Яро- шевскому, различием среднего состава корообразующих вулканических пород — островодужных вулканитов и океанических базальтов.
Состав верхней и нижней мантии может быть определен только предположительно на основе геофизических и экспериментальных данных. Верхняя мантия ниже границы Мохоровичича с наибольшей долей вероятности сложена ультраосновными породами, обогащенными Fe и Mg, но в то же время бедными кремнеземом. Не исключено, что среди пород верхней мантии много эклогитов, которые образуются при высоких давлениях, о чем свидетельствует появление в них минерала граната, устойчивого при том давлении, которое существует в верхней мантии.
Основными минералами вещества верхней мантии являются оливин и пироксены. По мере увеличения глубины твердое вещество мантии скачкообразно на границах, устанавливаемых сейсмическим методом, претерпевает структурные преобразования, сменяясь все более плотными модификациями минералов, и при этом не происходит изменения химического состава вещества, как это показано Д. Ю. Пущаровс- ким (табл. 3).
Химический и минеральный состав ядра предполагается на основании расчетных давлений около 1,5 Мбар, существующих глубже 5120 км. В таких условиях наиболее вероятно присутствие вещества, состоящего из Fe с 10 % Ni и некоторой примеси серы во внешнем ядре, которая образует с железом минерал троилит. Как полагает А. А. Ярошевс- кий, именно эта легкоплавкая эвтектическая смесь обеспечивает стабильность жидкого внешнего ядра, выше которого находится твердая силикатная мантия.
Таким образом, Земля оказывается расслоенной на металлическое ядро, твердую силикатную мантию и кору, что обусловливается различной плотностью и температурой плавления, т. е. различиями физических свойств вещества мантии и ядра согласно представлениям А. А. Ярошевского. Эти различия могли сформироваться еще на стадии гетерогенной аккреции планеты, т. е. в ходе формирования минерального состава протопланетного вещества.
Земная кора — тонкая оболочка нашей планеты, она обогащена легкоплавкими соединениями, образовавшимися при плавлении мантий-
Таблица 3
Корреляция минеральны к преобразований в мантии, уровней глобальных ссйсмчческчх разделов {зь[делены курсивом» н прадложеннь х границ глубинных геогфер, основанных на данных сейсмьiecKoit томографии (по Д.Ю. Пущаровскому)1
| Глубина,км
| Минеральные преобразования
| Гранины сфер
| | 140
| Структурная перестройка оливииа а — (Mg Fe2) SiO, в вадслеит — (Mg, FeJ)Si01
| Верхняя мантия
| Верхняя часть
| | 520
| Структурная перестройка вадслеита в риигвуд — у-модификацию оливина (Mg. Ft,) SiO( со структурой шпинели
| | 400-500
| Трансформация пироксенi (Mg, Fe) SiOj в гранат мейджорит Mg3 (Fe, Al, Si)s Si3012
| Нижняя часть
| | 670
| Шп»нелеподобный ри')гвуднт трансформируется в ассоциацию (Mg, Fe) иеровскита и Mg-вюстита
| | 850-900
| Пироп Mg, А13 Si3 О,., => в рочГичесю- ii перовскит (VIg, Fe) БЮ,
Ji=>B твердый pa г г вор КОрувд-f льмени I а А1,0.,
| Нижняя мантия
| | 1200
| Перестройка SiO; со структурой стишовита в структурный тип СаС1г (ромбический шало г рутила ПО,)
| | 1700
| Изменение характера межатомных связей (металлизация) вюстита FeO
| | 2000
| SiOj, со структурой СаС1, переходит в фазу со структурой, промежуточной между a-PbOa и ZrO,; происходит распад перо в с к итоп одобмого tv.gSiO^; изменение электрон но ii структуры атомов Fe (HS=>LS) в структуре вюстита FeO; образование FeO со структурой типа иикелнна NiAs
| | 2200-2300
| Трансформация А1 Оэ со структурой к ору и да и фа <у с ромбической структурой Rh-Os (II)
| | 2700-2900
| Слой D. Постеровскктовая фаз;! (MgSiO,) 75 % и СаСОя со струкгу]юй пироксена
| |
| В си*зи с Йзгоиотенностью мантии таблицу следует рассматривать в известной мере как модельную
|
ного вещества. Поэтому магматизм во всех его проявлениях и является тем главным механизмом, обеспечивающим формирование легкоплавкой фракции и ее продвижение во внешнюю зону Земли, т. е. формирование земной коры. Магматические процессы фиксируются с самого раннего геологического времени, породы которого доступны наблюдению, а следовательно, в это же время началась дегазация мантии, в результате чего были сформированы атмосфера и гидросфера.
Все темы данного раздела:
Солнечная радиация
Длина волн
> 24 микрона 7% 0,17 - 0,35 мк 46% 0,35 * 0,75мк 47% 0,76 + 4,0 мк
ГРАВИТАЦИОННОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ
Законы падения тел на Земле изучал Галилео Галилей (1564-1642). Он первый определил величину ускорения свободного падения (силы тяжести): g = 9,8 м/с2.
Им была установлена незав
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ
Более 400 лет назад У. Гильберт высказал предположение, что Земля сама является магнитом, но механизм возникновения ее намагниченности до сих пор не вышел за рамки гипотезы.
Минералы
Все вещество земной коры и мантии Земли состоит из минералов, которые разнообразны по форме, строению, составу, распространенности и свойствам. Все горные породы состоят из минералов или продукто
Горные породы
Горные породы представляют собой естественные минеральные агрегаты, формирующиеся в литосфере или на поверхности Земли в ходе различных геологических процессов. Основную массу горных пород слагают
СТРОЕНИЕ ЗЕМНОЙ КОРЫ
зерен, как правило, увеличиваются по мере роста температур метаморфизма (рис. 2.26).
В предыдущем разделе было установлено общее внутреннее строение земног
ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ГЕОХРОНОЛОГИЯ
Одной из главных задач геологии является воссоздание истории развития Земли и ее отдельных регионов. Сделать это возможно, только если известна последовательность геологических событий, если мы зн
Lt; • • »J
/
Л f
L
ИЗОТОПНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОЗРАСТА МИНЕРАЛОВ И ГОРНЫХ ПОРОД
Многочисленные попытки найти в макромире природные часы, которые бы позволяли надежно устанавливать возраст горных пород и руд, время проявления и длительность геологических процессов, не увенчал
П ( 1ЧЧн J
235JJ
207pb
207рЬ
ТЕКТОНИКА ЛИТОСФЕРНЫХ ПЛИТ - СОВРЕМЕННАЯ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ
В 50-е гг. XX в. геологические и геофизические исследования Земли проводились исключительно интенсивно. Особенно это касалось океанов, о строении дна которых и тем более о структуре земной коры в
ВЫВЕТРИВАНИЕ
Большинство геологических процессов на поверхности Земли обусловлены действием солнечной энергии и силы тяжести. Такие процессы называются экзогенными. Все горные породы под воздействием целого
ПРОЦЕССЫ ГИПЕРГЕНЕВА И КОРЫ ВЫВЕТРИВАНИЯ
Под зоной гипергенеза понимается поверхностная часть земной коры, непрерывно подвергаемая воздействию различных экзогенных факторов и в которой горные породы стремятся войти в равновесие с непрерыв
ОБРАЗОВАНИЕ ПОЧВ И ИХ СВОЙСТВА
Практически вся поверхность суши покрыта тонким слоем почвы, энергетически и геохимически весьма активным, в котором проявляется взаимодействие между живыми организмами, атмосферой, гидросферой и
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ПОВЕРХНОСТНЫХ ТЕКУЧИХ ВОД
Водные потоки производят огромную геологическую работу на поверхности суши. Реки, ручьи, ручейки переносят основную массу продуктов выветривания в озера, моря и океаны. Ежегодный твердый сток (вы
ВРЕМЕННЫЕ ВОДНЫЕ ПОТОКИ
Временные водные потоки возникают при выпадении атмосферных осадков или таянии снегов. В остальное время сток в равнинных условиях приводит к формированию оврагов, т. к. отдельные безрусловые пот
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ РЕК
Реки, протекающие на всех континентах, кроме Антарктиды, производят большую эрозионную и аккумулятивную работу. Полноводность и режим рек зависят от способа их питания и от климатических уело-
УСТЬЕВЫЕ ЧАСТИ РЕК, ДЕЛЬТЫ И ЗСТУАРИИ
Крупные реки впадают в моря и океаны, более мелкие — в озера и крупные реки. В том месте, где русло нижнего течения реки — устье — выходит к морю, образуется самостоятельный в ландшафтном и геолог
РАЗВИТИЕ РЕЧНЫХ ДОЛИН И ФОРМИРОВАНИЕ РЕЧНЫХ ТЕРРАС
В своем развитии любая река проходит ряд стадий: от молодости до зрелости.
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Все воды, находящиеся в порах и трещинах горных пород ниже поверхности Земли, относятся к подземным водам. Часть этих вод свободно перемещается в верхней части земной коры под действием гравитаци
ВИДЫ ВОДЫ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ
Вода в горных породах бывает нескольких видов.
1. Кристаллизационная вода находится в составе кристаллической решетки некоторых минералов, например в гипсе — CaS04 • 2Н2
ДВИЖЕНИЕ И РЕЖИМ ГРУНТОВЫХ ВОД
Зеркало грунтовых вод ведет себя в зависимости от рельефа, повышаясь на водоразделах и понижаясь к рекам, оврагам и другим местам дренирования. Естественно, вода в водоносном слое под действием с
ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
Гидрогеологические процессы, происходящие в верхней части земной коры, тесно связаны с хозяйственной деятельностью человека — водоснабжением, эксплуатацией городских агломераций, обоснованием стро
КАРСТОВЫЕ ПРОЦЕССЫ
Карстовые процессы развиваются в растворимых природными поверхностными и подземными водами горных породах: известняках, доломитах, гипсах, ангидритах, каменной и калийной солях. Основой являются п
КАРСТОВЫЕ ФОРМЫ РЕЛЬЕФА
На поверхности карстовые формы представлены каррами, желобами и рвами, понорами, воронками разных типов, западинами, котловинами, слепыми долинами (рис. 8.1).
Карры — это р
ГРАВИТАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Если горные породы приобретают неустойчивое состояние, то в один прекрасный момент под действием силы тяжести может произойти обвал или оползень. Причин создания неустойчивости может быть много. Эт
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ОЗЕР
Озеро — это углубление на поверхности суши — котловина, частично заполненная водой. Озера не обладают непосредственной связью с океанами или морями и наиболее широко развиты в областях гумидного к
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ БОЛОТ
Болото представляет собой аккумулятивное образование, характеризующееся временным или постоянным избыточным увлажнением, наличием влаголюбивой растительности и присутствием торфяных залежей. Влаж
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ВЕТРА
Ветер является одним из важных геологических агентов, изменяющих лик Земли. Он производит геологическую работу повсеместно, но весьма неравномерно. Работа ветра будет намного интенсивней там, где
ДЕФЛЯЦИЯ И КОРРАЗИЯ
Под дефляцией понимается выдувание рыхлых, дезинтегрированных горных пород с поверхности Земли, а корразией называется обтачивание выступов горных пород твердыми частицами, переносимыми потоками
АККУМУЛЯЦИЯ ЭОЛОВОГО МАТЕРИАЛА
Переносимые ветром частицы пыли, «перетекающие» пески, подброшенные ураганом обломки и гальки где-то должны накапливаться, формируя толщи эоловых отложений. Пыль, вулканический пепел и мельчайший
ТИПЫ ПУСТЫНЬ
Пустыни объединяются в типы на основании того, преобладает ли в них дефляция или разные способы аккумуляции рыхлого материала.
Каменистые (скальные) пустыни, или гаммады, представляют соб
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ СНЕГА, ЛЬДА И ЛЕДНИКОВ
В современную эпоху 11 % суши, или 17 млн км2, занято ледниками и ледниковыми покровами, объемом около 30 млн км3. Из них 98 % приходится на материковые покровы, 2 % — на шель
РАЗРУШИТЕЛЬНАЯ (ЭКЗАРАЦИОННАЯ) ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЛЕДНИКОВ
Термин экзарация используется для обозначения эродирующей деятельности ледника, которая появляется благодаря огромному давлению, движению льда, а также воздействию на ложе ледника включенных в
ТРАНСПОРТНАЯ И АККУМУЛЯТИВНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЛЕДНИКОВ
При своем движении ледник захватывает и переносит различный материал, начиная от тонкого песка и кончая крупными глыбами весом в десятки тонн. Попадают они в тело ледника различными способами.
ВОДНО-ЛЕДНИКОВЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ
Крупные материковые покровы льда при своем таянии поставляют огромную массу воды. Целые реки текут по поверхности краевой части ледника, внутри него и подо льдом, вырабатывая в нем туннели. Ст
Ш1щщшщшщ
Рис. 13.7. Схема миграции воды и сортировки обломочного материала в рыхлой породе (по А. К. Орвину, 1942). а — начало промерзания и миграция воды; б — выталкивание обломков к краям, т. к. в центре
СКЛАДЧАТЫЕ НАРУШЕНИЯ
Наблюдая толщи горных пород, смятые в складки, кажется, что формы складок бесконечно разнообразны. На самом деле их можно свести к нескольким основным типам и легко различать в кажущемся хаосе разл
РАЗРЫВНЫЕ НАРУШЕНИЯ
До сих пор речь шла о таких деформациях пластов горных пород, которые не нарушали сплошности пласта, хотя пласт при этом мог сильно изгибаться. Иными словами, даже в самых сложных складках можно пр
МЕХАНИЗМ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ И ЕГО ПАРАМЕТРЫ
Землетрясение тектонического типа, т. е. связанное с внутренними эндогенными силами Земли, представляет собой процесс растрескивания, идущий с некоторой конечной скоростью, а не мгновенно. Он пред
РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ И ИХ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ПОЗИЦИЯ
Распространение на земном шаре землетрясений носит крайне неравномерный характер (рис. 18.7). Одни места характеризуются высокой сейсмичностью, а другие — практически асейсмичны. Зоны концентрац
ПРОГНОЗ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ
Несмотря на все усилия различных исследователей, предсказать десятилетие, год, месяц, день, час и место, где произойдет землетрясение, пока невозможно. Сейсмический удар происходит внезапно и зас
СЕЙСМОСТОЙКОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО И ПОВЕДЕНИЕ ГРУНТОВ ПРИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯХ
Все строительство в сейсмооиасных районах осуществляется по специальным требованиям, направленным на повышение прочности зданий. Это и специальные фундаменты; и способы крепления стен зданий; и
ГЛАВНЫЕ СТРУКТУРЫ ЛИТОСФЕРЫ
Континенты и океаны обладают различным строением и возрастом земной коры. Континентальная кора имеет мощность до 75 км, в среднем 40 км, и, как уже говорилось, состоит из трех слоев (сверху вниз):
ЧЕЛОВЕК И ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ СРЕДА
Прошедший век ознаменовался небывалым наступлением человека на природную, в том числе геологическую, среду, под которой понимается самая поверхностная часть земной коры, подверженная техногенному
ДОСТИЖЕНИЯ В ИЗУЧЕНИИ ЗЕМЛИ
Вторая половина XX в. ознаменовалась бесспорными достижениями в изучении не только Земли, но и всех планет Солнечной системы. Решающими факторами были успехи в технике и технологиях. Человечество
КОНЦЕПЦИЯ НЕЛИНЕЙНОСТИ В ГЕОЛОГИИ
Изложенное в предыдущих разделах показывает многообразие задач геологии как науки. Они, однако, сводятся в конечном счете к одной главной задаче — к прогнозированию глубинных и приповерхностных з
ТЕПЛОВОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ
Температура поверхностной части земной коры почти полностью зависит от солнечного излучения, но суточные и сезонные колебания температуры не проникают глубже нескольких десятков — сотен метров. Вс
Новости и инфо для студентов