Гіпотези, що пояснюють походження і розвиток земної кори

Поняття про земній корі.

Земна кора - це комплекс поверхневих шарів твердого тіла Землі. У науковій географічній літературі немає єдиного уявлення про походження і шляхи розвитку земної кори.

Існує кілька концепцій (гіпотез), які розкривають механізми освіти і розвитку земної кори, найбільш обгрунтованими з яких є наступні:

1. Теорія фіксизму (від лат. Fixus - нерухомий, незмінний) стверджує, що материки завжди залишалися на тих місцях, які вони займають в даний час. Дана теоріязаперечує будь-яке рух материків і великих частин літосфери.

2. Теорія мобілізма (від лат. Mobilis - рухливий) доводить, що блоки літосфери перебувають в постійному русі. Ця концепція особливо утвердилася в останні рокив зв'язку з новим науковим даним при дослідженні дна Світового океану.

3. Концепція зростання материків за рахунок дна океану вважає, що початкові материки утворилися у вигляді порівняно невеликих масивів, які тепер складають древні материкові платформи. Надалі ці масиви розросталися за рахунок утворення гір на океанічному дні, що примикає до країв початкових ядер суші. Дослідження дна океанів, особливо в зоні серединно-океанічних хребтів, дало підставу сумніватися в правильності концепції зростання материків за рахунок океанського дна.

4. Теорія геосінкліналей стверджує, що збільшення розмірів суші відбувається шляхом утворення гір в геосинкліналях. Геосинклінальний процес, як один з основних у розвитку земної кори материків, покладений в основу багатьох сучасних наукових поясненьпроцесу походження і розвитку земної кори.

5. Ротаційна теорія будує своє пояснення на положенні про те, що оскільки фігура Землі не збігається з поверхнею математичного сфероида і перебудовується в зв'язку з нерівномірним обертанням, зональні смуги і меридіональні сектори на обертається планеті неминуче тектонічно нерівнозначні. Вони з різним ступенемактивності реагують на тектонічні напруги, викликані внутріземнимі процесами.

Існує два основних типи земної кори: океанська і материкова. Виділяється також перехідний тип земної кори.

Океанська земна кора. Потужність океанської земної кори в сучасну геологічну епоху коливається від 5 до 10 км. Вона складається з наступних трьох шарів:

1) верхній тонкий шар морських опадів (потужність не більше 1 км);

2) середній базальтовий шар (потужність від 1,0 до 2,5 км);

3) нижній шар габро (потужність близько 5 км).

Материкова (континентальна) земна кора. Материкова земна кора має більш складну будову і велику потужність, ніж океанська земна кора. Її потужність в середньому складає 35-45 км, а в гірських країнах збільшується до 70 км. Вона складається також з трьох шарів, але істотно відрізняється від океанської:

1) нижній шар, складений базальтами (потужність близько 20 км);

2) середній шар займає основну товщу материкової кори і умовно називається гранітним. Він складний переважно гранітами і гнейсами. Під океани цей шар не поширюється;

3) верхній шар - осадовий. Його потужність в середньому складає близько 3 км. У деяких районах потужність опадів досягає 10 км (наприклад, в Прикаспійської низовини). В окремих районах Землі осадовий шар відсутній взагалі і на поверхню виходять гранітний шар. Такі райони називаються щитами (наприклад, Український щит, Балтійський щит).

На материках в результаті вивітрювання гірських порід утворюється геологічна формація, яка отримала назву кори вивітрювання.

Гранітний шар від базальтового відділений поверхнею Конрада , На якій швидкість сейсмічних хвиль зростає від 6,4 до 7,6 км / сек.

Кордон між земною корою і мантією (як на материках, так і на океанах) проходить по поверхні Мохоровичича (лінія Мохо). Швидкість сейсмічних хвиль на ній стрибкоподібно збільшується до 8 км / год.

Крім двох основних типів - океанського і материкового - є також ділянки змішаного (перехідного) типу.

На материкових обмілинах або шельфах кора має потужність близько 25 км і в цілому схожа з материковою корою. Однак в ній може випадати шар базальту. У Східній Азії в області острівних дуг (Курильські острови, Алеутські острови, Японські острови і ін.) Земна кора перехідного типу. Нарешті, вельми складна і поки мало вивчена земна кора серединних океанічних хребтів. Тут немає межі Мохо, і речовина мантії по розломах піднімається в кору і навіть на її поверхню.

Поняття «земна кора» слід відрізняти від поняття «літосфера». Поняття «літосфера» є більш широким, ніж «земна кора». У літосферу сучасна наукавключає не тільки земну кору, а й саму верхню мантію до астеносфери, тобто до глибини приблизно близько 100 км.

Поняття про ізостазії . Вивчення розподілу сили тяжіння показало, що всі частини земної кори - материки, гірські країни, рівнини - врівноважені на верхньої мантії. Це врівноважене їх положення називається ізостазією (від лат. Isoc - рівний, stasis - положення). Ізостатичне рівновагу досягається завдяки тому, що потужність земної кори обернено пропорційна її щільності. Важка океанічна кора тонше легшою материкової.

Ізостазія - по суті це навіть і не рівновагу, а прагнення до рівноваги, безперервно нарушаемое і знову відновлюване. Так, наприклад, Балтійський щит після танення материкових льодів плейстоценового заледеніння піднімається приблизно на 1 метр на століття. Площа Фінляндії весь час збільшується за рахунок морського дна. Територія Нідерландів, навпаки, знижується. Нульова лінія рівноваги проходить в даний час трохи південніше 60 0 пн.ш. Сучасний Санкт-Петербург знаходиться приблизно на 1,5 м вище, ніж Санкт-Петербург часів Петра Першого. Як показують дані сучасних наукових досліджень, Навіть тяжкість великих міствиявляється достатньою для ізостатичного коливання території під ними. Отже, земна кора в зонах великих міст дуже рухлива. В цілому ж рельєф земної кори є дзеркальним відображенням поверхні Мохо, підошви земної кори: піднесеним ділянкам відповідають поглиблення в мантію, зниженим - більш високий рівеньїї верхньої межі. Так, під Памиром глибина поверхні Мохо становить 65 км, а в Прикаспійської низовини - близько 30 км.

Термічні властивості земної кори . Добові коливання температури грунтів поширюються на глибину 1,0 - 1,5 м, а річні в помірних широтах в країнах з континентальним кліматом до глибини 20-30 м. На тій глибині, де припиняється вплив річних коливань температури внаслідок нагрівання земної поверхніСонцем, знаходиться шар постійної температури грунту. Він називається ізотермічним шаром . Нижче ізотермічного шару в глиб Землі температура підвищується, і це викликається вже внутрішньої теплотою земних надр. У формуванні клімату внутрішнє тепло не бере, але воно служить енергетичною основою всіх тектонічних процесів.

Число градусів, на яке збільшується температура на кожні 100 м глибини називається геотермічних градієнтом . Відстань в метрах, при опусканні на яке температура зростає на 1 0 С називається геотермической щаблем . Величина геотермической ступені залежить від рельєфу, теплопровідності гірських порід, близькості вулканічних вогнищ, циркуляції підземних вод та ін. В середньому геотермічна щабель дорівнює 33 м. У вулканічних областях геотермічна щабель може бути рівною всього близько 5 м, а в геологічно спокійних областях (наприклад, на платформах) вона може досягати 100 м.

- обмежена поверхнею суші або дном Світового океану. Має вона і геофізичну кордон, якої є розділ Мохо. Кордон характеризується тим, що тут різко наростають швидкості сейсмічних хвиль. Встановив її в $ 1909 $ м хорватський учений А. Мохоровичич ($1857$-$1936$).

Земну кору складають осадові, магматичні і метаморфічнігірські породи, а за складом в ній виділяється три шари. Гірські породи осадового походження, зруйнований матеріал яких переотложени в нижні шари і утворив осадовий шарземної кори, покриває всю поверхню планети. У деяких місцях він дуже тонкий і, можливо, переривається. В інших місцях він досягає потужності декількох кілометрів. Осадовими є глина, вапняк, крейда, піщаник і ін. Утворюються вони шляхом осадження речовин у воді і на суші, лежать зазвичай пластами. За осадовим породам можна дізнатися про існуючі на планеті природних умовах, Тому геологи їх називають сторінками історії Землі. Осадові породи поділяються на органогенні, Які утворюються шляхом накопичення останків тварин і рослин і неорганогенних, Які в свою чергу поділяються на уламкові і хемогенние.

уламковіпороди є продуктом вивітрювання, а хемогенние- результат осадження речовин, розчинених у воді морів і озер.

Магматичні породи складають гранітнийшар земної кори. Утворилися ці породи в результаті застигання розплавленої магми. На континентах потужність цього шару $ 15 $ - $ 20 $ км, він зовсім відсутній або дуже сильно скорочується під океанами.

Магматичне речовина, але бідне кремнеземом складає базальтовийшар, який має великий питома вага. Шар цей добре розвинений в підставі земної кори всіх областей планети.

Вертикальна структура і потужність земної кори різні, тому виділяють кілька її типів. З простої класифікації існує океанічна і материковаземна кора.

Материкова земна кора

Материкова або континентальна кора відрізняється від океанічної кори товщиною і пристроєм. Континентальна кора розташована під материками, але її край не збігається з береговою лінією. З точки зору геології справжнім материком є ​​вся площа суцільної материкової кори. Тоді виходить, що геологічні материки більше географічних материків. Прибережні зони материків, звані шельфом- це є тимчасово залиті морем частини материків. Такі моря як Біле, Східно-Сибірське, Азовське - розташовані на материковому шельфі.

В континентальній земній корі виділяються три шари:

• Верхній шар - осадовий;
• Середній шар - гранітний;
• Нижній шар - базальтовий.

Під молодими горами такий тип кори має товщину $ 75 $ км, під рівнинами - до $ 45 $ км, а під острівними дугами - до $ 25 $ км. Верхній осадовий шар материкової кори формується глинистими відкладеннями і карбонатами мілководних морських басейнів і грубообломочного фациями в крайових прогинах, а також на пасивних окраїнах континентів атлантичного типу.

Вторглася в тріщини земної кори магма сформувала гранітний шарв складі якого є кремнезем, алюміній та інші мінерали. Товщина гранітного шару може доходити до $ 25 $ км. Шар цей дуже давній і має солідний вік - $ 3 $ млрд. Років. Між гранітним і базальтовим шаром, на глибині до $ 20 $ км, простежується межа Конрада. Вона характеризується тим, що швидкість поширення поздовжніх сейсмічних хвиль тут збільшується, на $ 0,5 $ км / сек.

формування базальтовогошару відбулося в результаті виливу на поверхню суші базальтових лав в зонах внутріплітного магматизму. Базальти містять більше заліза, магнію і кальцію, тому вони важче граніту. В межах цього шару швидкість поширення поздовжніх сейсмічних хвиль від $ 6,5 $ - $ 7,3 $ км / сек. Там, де межа стає розмитою, швидкість поздовжніх сейсмічних хвиль зростає поступово.

зауваження 2

Загальна маса земної кори від маси всієї планети складає всього $ 0,473 $%.

Одну з перших завдань, пов'язану з визначенням складу верхньої континентальноїкори, взялася вирішувати молода наука геохімія. Так як кора складається з безлічі найрізноманітніших порід, ця задача була досить складною. Навіть в одному геологічному тілі склад порід може сильно варіюватися, а в різних районах можуть бути поширені різні типи порід. Виходячи з цього, завдання полягало у визначенні загального, середнього складутієї частини земної кори, яка на континентах виходить на поверхню. Цю першу оцінку складу верхньої земної кори зробив Кларк. Він працював співробітником геологічної служби США і займався хімічним аналізомгірських порід. В ході багаторічних аналітичних робіт, Йому вдалося узагальнити результати і розрахувати середній склад порід, який був близький до граніту. Робота Кларкапіддалася жорсткій критиці і мала противників.

Другу спробу за визначенням середнього складу земної кори зробив В. Гольдшмідт. Він припустив, що рухається по континентальній корі льодовик, Може соскребать і змішувати виходять на поверхню породи, які в ході льодовикової ерозії будуть відкладатися. Вони то і будуть відбивати склад середньої континентальної кори. Проаналізувавши склад стрічкових глин, які під час останнього заледеніння відкладалися в Балтійському морі, Він отримав результат, близький до результату Кларка.Різні методи дали однакові оцінки. Геохімічні методи підтверджувалися. Цими питаннями займалися, і широке визнання отримали оцінки Виноградова, Ярошевського, Ронова і ін.

Океанічна земна кора

океанічна корарозташована там, де глибина моря більше $ 4 $ км, а це значить, що вона займає не весь простір океанів. Решта площі покрита корою проміжного типу.Кора океанічного типу влаштована не так, як континентальна кора, хоча теж поділяється на шари. У ній практично зовсім відсутній гранітний шар, А осадовий дуже тонкий і має потужність менше $ 1 $ км. Другий шар поки що невідомий, Тому його називають просто другим шаром. Нижній, третій шар - базальтовий. Базальтові шари континентальної і океанічної кори схожі швидкостями сейсмічних хвиль. Базальтовий шар в океанічній корі переважає. Як говорить теорія тектоніки плит, океанічна кора постійно формується в серединно-океанічних хребтах, потім вона від них відходить і в областях субдукціїпоглинається в мантію. Це свідчить про те, що океанічна кора є відносно молодий. Найбільша кількість зон субдукції характерно для Тихого океану, Де з ними пов'язані потужні моретрясения.

визначення 1

субдукції- це опускання гірської породи з краю однієї тектонічної плити в напіврозплавленому астеносферу

У тому випадку, коли верхній плитою є континентальна плита, а нижній - океанічна - утворюються океанічні жолоби.
Її товщина в різних географічних зонах варіюється від $ 5 $ - $ 7 $ км. З плином часу товщина океанічної кори практично не змінюється. Пов'язано це з кількістю розплаву, що виділяється з мантії в серединно-океанічних хребтах і товщиною осадового шару на дні океанів і морів.

осадовий шарокеанічної кори невеликий і рідко перевищує товщину в $ 0,5 $ км. Складається він з піску, відкладень останків тварин і обложених мінералів. Карбонатні породи нижньої частини на великій глибині не виявляються, а на глибині більше $ 4,5 $ км карбонатні породи заміщаються червоними глибоководними глинами і кременистими мулами.

Базальтові лави толеітових складу сформували у верхній частині базальтовий шар, А нижче лежить дайкового комплекс.

визначення 2

дайки- це канали, по яких базальтова лава виливається на поверхню

Базальтовий шар в зонах субдукціїперетворюється в екголіти, Які занурюються в глибину, тому що мають велику щільність оточуючих мантійних порід. Їх маса становить близько $ 7 $% від маси всієї мантії Землі. В межах базальтового шару швидкість поздовжніх сейсмічних хвиль становить $ 6,5 $ - $ 7 $ км / сек.

Середній вік океанічної кори становить $ 100 $ млн. Років, в той час як найстаріші її ділянки мають вік $ 156 $ млн. Років і розташовуються в западині Піджафета в Тихому океані. Зосереджена океанічна кора не тільки в межах ложа Світового океану, вона може бути і в закритих басейнах, наприклад, північна западина Каспійського моря. океанічназемна кора має загальну площу $ 306 $ млн. км кв.

Земна кора - багатошарове утворення. Верхню її частина - осадовий чохол, або перший шар, - утворюють осадові породи і не ущільнені до стану порід опади. Нижче як на континентах, так і в океанах залягає кристалічний фундамент. У його будові і криються основні відмінності між континентальним і океанічним типами земної кори. На континентах в складі фундаменту виділяються два потужних шару - «гранітний» і базальтовий. Під абісальну ложем океанів «гранітний» шар відсутній. Однак базальтовий фундамент океану аж ніяк не однорідний в розрізі, він поділяється на другий і третій шари.

До сверхглубокого і глибоководного буріння про структуру земної кори судили головним чином по геофізичним даним, а саме за швидкостями поздовжніх і поперечних сейсмічних хвиль. Залежно від складу і щільності порід, що складають ті чи інші шари земної кори, швидкості проходження сейсмічних хвиль значно змінюються. У верхніх горизонтах, де переважають слабо ущільнені осадові освіти, вони відносно невеликі, в кристалічних же породах різко зростають у міру збільшення їх щільності.

Після того як в 1949 р вперше були виміряні швидкості поширення сейсмічних хвиль в породах ложа океану, стало ясно, що швидкісні розрізи кори континентів і океанів дуже різні. На невеликій глибині від дна, в фундаменті під абісальної улоговиною, ці швидкості досягали величин, які на материках фіксувалися в найглибших шарах земної кори. Незабаром з'ясувалася причина подібного невідповідності. Справа в тому, що кора океанів виявилася разюче тонкої. Якщо на континентах товщина земної кори становить в середньому 35 км, а під гірничо-складчастими системами навіть 60 і 70 км, то в океані вона не перевищує 5-10, рідко 15 км, а в окремих районах мантія знаходиться майже біля самого дна.

Стандартний швидкісний розріз континентальної кори включає верхній, осадовий шар зі швидкістю поздовжніх хвиль 1-4 км / с, проміжний, «гранітний» - 5,5-6,2 км / с і нижній, базальтовий - 6,1-7,4 км / с. Нижче, як вважають, залягає так званий перідотітового шар, що входить вже до складу астеносфери, зі швидкостями 7,8-8,2 км / с. Назви шарів носять умовний характер, так як реальні суцільні розрізи континентальної кори ніхто досі не бачив, хоча Кольська надглибока свердловина проникла в глиб Балтійського щита вже на 12 км.

У глибоководних улоговинах океану під тонким осадовим плащем (0,5-1,5 км), де швидкості сейсмічних хвиль не перевищують 2,5 км / с, знаходиться другий шар океанічної кори. За даними американського геофізика Дж. Уорзела та інших вчених, він відрізняється дивно близькими значеннями швидкості - 4,93-5,23 км / с, в середньому 5,12 км / с, а середня потужність під ложем океанів дорівнює 1,68 км ( в Атлантичному - 2,28, в Тихому - 1,26 км). Втім, в периферійних частинах абіссалі, ближче до околиць континентів, потужності другого шару досить різко збільшуються. Під цим шаром виділяється третій шар кори з не менш однорідними швидкостями поширення поздовжніх сейсмічних хвиль, рівними 6,7 км / с. Його товщина коливається від 4,5 до 5,5 км.

В останні роки з'ясувалося, що для швидкісних розрізів океанічної кори характерний більший розкид значень, ніж це передбачалося раніше, що, мабуть, пов'язано з глибинними неоднородностями, існуючими в ній [Пущаровскій, 1987].

Як бачимо, швидкості проходження поздовжніх сейсмічних хвиль у верхніх (першому і другому) шарах континентальної і океанічної кори істотно різні.

Що стосується осадового чохла, то це обумовлено переважанням в його складі на континентах древніх утворень мезозойського, палеозойського і докембрійського віку, що зазнали досить складні перетворення в надрах. Дно ж океану, як говорилося вище, щодо молодо, і опади, що лежать над базальтами фундаменту, слабо ущільнені. Це пов'язано з дією цілого ряду факторів, що визначають ефект недоуплотненія, який відомий як парадокс глибоководного діагенеза.

Складніше пояснити різницю в швидкостях сейсмічних хвиль при їх поширенні через другий ( «гранітний») шар континентальної і другий (базальтовий) шар океанічної кори. Як не дивно, в базальтовому шарі океану ці швидкості виявилися нижчими (4,82-5,23 км / с), ніж в «гранітному» (5,5-6,2 км / с). Справа тут в тому, що швидкості поздовжніх сейсмічних хвиль в кристалічних породах з щільністю 2,9 г / см 3 наближаються до 5,5 км / с. Звідси випливає, що якщо «гранітний» шар на континентах дійсно складний кристалічними породами, серед яких переважають метаморфічні освіти нижніх ступенів трансформації (за даними надглибокого буріння на Кольському півострові), то в складі другого шару океанічної кори, крім базальтів, повинні брати участь освіти з щільністю меншою, ніж у кристалічних порід (2-2,55 г / см 3).

Дійсно, в 37-му рейсі бурового судна «Гломар Челленджер» були розкриті породи океанічного фундаменту. Бур проник крізь кілька базальтових покривів, між якими знаходилися горизонти карбонатних пелагічних опадів. В одній зі свердловин була пройдена 80-метрова товща базальтів з прошарками вапняків, в іншій - 300-метрова серія порід вулканогенно-осадового походження. Буріння першої з перерахованих свердловин було зупинено в ультраосновних породах - габро і гипербазитах, які, ймовірно, вже відносяться до третього шару океанічної кори.

Глибоководне буріння і дослідження рифтових зон з підводних населених апаратів (ПОА) дозволили з'ясувати в загальних рисах структуру океанічної кори. Правда, не можна з упевненістю стверджувати, що нам відомий повний і безперервний її розріз, що не спотворений наступними накладеними процесами. Найбільш детально вивчений в даний час верхній, осадовий шар, розкритий частково або повністю майже в 1000 точках дна буром «Гломар Челленджера» і «Джойдес Резолюшн». Набагато менш досліджений другий шар океанічної кори, який розкритий на ту чи іншу глибину набагато меншим числом свердловин (декількома десятками). Однак зараз очевидно, що цей шар сформований в основному лавовими покривами базальтів, між якими укладено різноманітні осадові утворення невеликої потужності. Базальти відносяться до толеітових різницям, які виникли в підводних умовах. Це лави подушок, складені часто порожнистими лавовими трубами і подушками. Знаходяться між базальтами опади у центральних частинах океану складаються із залишків найдрібніших планктонних організмів з карбонатної або кременистої функцією.

Нарешті, третій шар океанічної кори ототожнюють з так званим дайкового поясом - серіями невеликих магматичних тіл (интрузий), тісно пригнаних одне до іншого. Склад цих інтрузій основний в ультраосновной. Це габро і гіпербазіти, які формувалися ні до зіслання магми на поверхні дна, як базальти другого шару, а в надрах самої кори. Інакше кажучи, мова просунутий про магматичних розплавах, які застигли поблизу магматичного вогнища, так і не досягнувши поверхні дна. Їх більш «важкий» ультраосновной склад свідчить про залишковий характер цих магматичних розплавів. Якщо ж згадати, що товщина третього шару зазвичай в 3 рази перевищує потужність другого шару океанічної кори, то визначення її як базальтової може здатися великим перебільшенням.

Подібно до цього і «гранітний» шар континентальної кори, як з'ясувалося в процесі буріння Кольської надглибокої свердловини, виявився зовсім не гранітним, принаймні у верхній його половині. Як вже говорилося вище, в пройденому тут розрізі переважали метаморфічні породи нижчих і середніх ступенів перетворення. Здебільшого вони є зміненими при високих температурах і тиску, що існують в надрах Землі, древніми осадовими породами. У зв'язку з цим склалася парадоксальна ситуація, яка полягає в тому, що ми тепер більше знаємо про корі океанічної, ніж про континентальну. І це при тому, що перша вивчається інтенсивно від сили два десятиліття, тоді як друга - об'єкт досліджень принаймні півтора століття.

Обидва різновиди земної кори не є антагоністами. У крайових частинах молодих океанів, Атлантичного і Індійського, межа між континентальною та океанічною корою кілька «розмита» за рахунок поступового стоншення першої з них в області переходу від континенту до океану. Ця межа в цілому тектонічно спокійна, т. Е. Не проявляє себе ні потужними сейсмічними поштовхами, які трапляються тут вкрай рідко, ні вулканічними виверженнями.

Однак такий стан зберігається не скрізь. У Тихому океані кордон між континентальною та океанічною корою відноситься, мабуть, до найдраматичнішим рубежів розділу на нашій планеті. Так що ж все-таки, ці два різновиди земної кори - антиподи чи ні? Здається, що ми можемо з повною підставою вважати їх такими. Адже незважаючи на існування цілого ряду гіпотез, які передбачають океанізації континентальної кори або, навпаки, перетворення океанічного субстрату в континентальний за рахунок цілого ряду мінеральних трансформацій базальтів, насправді доказів безпосереднього переходу одного типу кори в інший немає. Як буде показано нижче, континентальна кора формується в специфічних тектонічних обстановках в активних зонах переходу між материком і океаном і в основному в результаті перетворення іншого різновиду земної кори, званої субокеанічним. Океанічний субстрат зникає в зонах Беньофа, або видавлюється, як паста з тюбика, на край континенту, або перетворюється в тектонічний меланж (кришиво з перетертих порід) в областях «закривання» океанів. Втім, про це пізніше.