14 Билет современные представления о строении земли

Сведения о внутреннем строении Земли получены, главным образом, в результате геофизических исследований.

Согласно современным геофизическим (сейсмологическим) данным в объеме Земли выделяются три основные области: кора, мантия и ядро.

Кора отделяется от мантии резкой сейсмической границей, наблюдается увеличение скорости продольных сейсмических волн (до 8,2 км/с), а также возрастание плотности вещества – от 2.9 до 5.6 г/см³. Эта граница в честь ее первооткрывателя – югославского геофизика Мохоровичича – была названа границей Мохо (или просто граница М). Земной корой стали называть наружную толщу Земли, расположенную выше границы М.

По данным сейсмических исследований выделяются два типа глубинного строения земной коры, отличающихся по мощности и структуре:

а) континентальный тип – мощность 30-50 км до 60-80 км.

б) океанический тип – мощность 5-10 км.

Континентальная земная кора в наиболее полном ее виде делится на 3 основных геофизических «слоя», которые отличаются по упругим свойствам и плотностным характеристикам пород:

1. «Осадочный слой» («осадочный чехол», «неконсолидированная толща») сложена горизонтально или полого залегающими неметаморфизованными толщами осадочных и вулканогенных пород фанерозойского, реже – верхнепротерозойского возраста. Почти на 40% территории России осадочный слой отсутствует – он выклинивается (смыт) на площадях, занимаемых древними щитами. В пределах складчатых поясов он развит спорадически, фрагментами.

2. Гранитный (гранулито-метаморфический) слой, представлен сильно дислоцированными и в разной степени метаморфизованными осадочными, эффузивными и интрузивными породами преимущественно кислого, т.е. гранитоидного состава. На щитах и значительных площадях складчатых поясов он выходит на земную поверхность. Скорости продольных сейсмических волн от 5,5 до 6,3 км/с. Мощность в областях развития типичной континентальной коры 10-20 км, изредка – до 25 км.

3. Базальтовый (правильнее гранулито-базальтовый слой) нигде не обнажается и состоит, по косвенным данным, из глубокометаморфизованных пород гранулитовой фации и магматических пород существенно основного и частично ультраосновного составов со скоростями продольных волн от 6,5 до 7,3 км/с ( в среднем 6,8-7 км/сек). Мощность от 15 до 25-30км.

Переход от вышележащего гранито-метаморфического слоя к гранулито-базальтовому в ряде районов происходит резко, скачкообразно по т.н. поверхности Конрада (поверхности К), а в других – скорости продольных волн (и плотности пород) возрастают с глубиной плавно и четкое разделение этих слоев невозможно.

Ниже гранулито-базальтового слоя залегает верхняя мантия.

Кроме т.н. типичного, классического разреза континентальной земной коры, существуют районы с аномальным ее строением.

Например, в пределах некоторых островных дуг (зона Курильских и Командорских островов) распространена кора субконтинентального типа мощностью 15-25 км с нечетким разделением гранито-метаморфического и гранулито-базальтового слоев.

Глубоководным впадинам как внутренних морей (Черноморской, Южно-Каспийской), так и окраинных (Япономорская, Южно-Охотская), а также некоторым свехглубоким впадинам внутри субокеанического типа, в которых мощная толща осадочных пород (3-5 до 15-25 км) – по сейсмическим данным – непосредственно подстилается гранулито-базальтовым слоем мощностью от 5 до 15 км. Гранито-метаморфический слой отсутствует.

Переход материка во впадину сопровождается сменой типа коры, причем переход происходит как в пределах узкой зоны, так и на протяжении широкой полосы. Переход сопровождается чередованием участков с различными типами коры. Пример – сложно построенная переходная зона между Азиатским материком и ложем Тихого океана.

Кора океанического типа образует ложе Тихого, Атлантического и Индийского океанов, где глубина превышает 3-4 км. По сейсмическим и геологическим данным она состоит из 3-х слоев.

Осадочная толща мощностью от нуля – первые десятки метров до 0,5-1 км (в среднем 0,2-0,5 км). Как показало бурение в океанах, наиболее древние горизонты осадков в океанах не древнее средне-позднеюрского возраста (около 170 млн.лет), а на большой части ложа океанов имеют возраст от мела до кайнозоя или имеют только кайнозойский возраст. Скорость седиментации за этот период составляет 1-5 мм/тыс.лет.

Второй слой мощностью 1,5-2,0 км, верхняя часть которого вскрыта бурением, сложен лавами и вулканическими стеклами, в нижней части слоя встречаются дайки основных пород. По возрасту породы верхней части второго слоя близки возрасту нижних горизонтов осадочного слоя (от кайнозоя до средней юры). В целом возраст верхней части второго слоя закономерно становится старше от внутриокеанических рифтовых хребтов к периферийным частям океанов. В этом же направлении увеличивается и мощность пород слоя.

Третий слой – мощность 3-4 км –породы не вскрыты бурением, но в ряде мест из зон разломов в океанах драгами подняты обломки интрузивных пород основного и ультраосновного составов. Этот слой до недавнего времени сопоставлялся с гранулито-базальтовым слоем континентальной коры. Скорости продольных волн для этого слоя 6,5-7 км/сек. Третий слой подстилается породами верхней мантии и переходный слой между ними еще более маломощный, чем под континентами.

Верхняя мантия под океанами, как и под континентами, продолжается до глубины около 900 км.

Строение верхней мантии осложняется присутствием в ней зоны Гутенберга или «астеносферы». Вещество, слагающее астеносферу, характеризуется пониженной вязкостью и плотностью, находится в пластичном состоянии, местами в состоянии частичного плавления. Скорости распространения упругих волн здесь понижены, а электропроводность повышена.

В океанах в ряде районов астеносфера установлена на глубинах от 50 до 200 км, а в осевых зонах рифтовых внутриокеанических хребтов ее кровля поднимается до поверхности мантии. В некоторых районах материков астеносфера зафиксирована на глубине 100-150 км. Ранее (60-е годы XX века) считалось, что астеносфера является общепланетарной оболочкой. Расположенную выше ее часть верхней мантии стали объединять с корой в качестве внешней «каменной оболочки» Земли – литосферы. Мощность литосферы в среднем 50-100 км.

Позднее, в 70-х г.г. выяснено что астеносфера распространена не повсеместно, а главным образом под тектонически и термически активными зонами океанов и континентов, характеризующихся аномально высокими значениями величины теплового потока. Под тектонически «спокойными» областями континентов слой астеносферы маломощен или совсем не выражен. Литосфера в таких областях (под древними платформами) может распространяться до глубин 300м и даже 500 км.

Центральную часть Земли занимает ядро, плотность которого значительно превышает плотность мантии, составляя ~ 10 г/см³. Внешняя зона ядра представлена жидким веществом (в ней не рапространяются поперечные волны).

По данным сейсмологии мантия и ядро делятся на более дробные зоны, которые обозначаются заглавными буквами: А, В, С, Д, (Д’ Д”), Е, F,G.

Предполагается, что ядро Земли состоит, в основном, из железа, никеля и небольшой примеси легких элементов – кремния и серы.