Строение земной коры

Земная кора — верхняя твердая каменная оболочка Земли, является средой обитания человека, служит основаниями зданий и сооружений, источником полезных ископаемых — это делает ее важнейшим объектом изучения геологии.

Земная кора очень разнообразна и неоднородна, изменчивость слагающих ее пород идет и в вертикальном и в горизонтальном направлениях.

Сложена земная кора породами самого разного происхождения, возраст пород — от древнейших до самых молодых, состав — самый разный, состояние пород — от рыхлых до прочных сцементированных и кристаллических. Горные породы слагают самые разные геологические структуры, в том числе весьма сложные — складчатые.

Они разбиты системами трещин и разрывами, разломы, по которым произошли смещения, расчленяют земную кору на отдельные блоки и также служат путями проникновения в кору магматического материала и горячих вод.

Земная кора сформировалась в процессе длительной эволюции в результате физико-химической и гравитационной дифференциации вещества; в настоящее время она также постоянно подвергается изменениям.

Благодаря взаимодействию с атмосферой, гидросферой и биосферой с одной стороны и с подстилающей ее мантией — с другой. В последнее столетие появился еще один мощный фактор, вызывающий преобразования в земной коре — это инженерная деятельность человека.

Земная кора материков (континентов) существенно отличается от земной коры океанов — это самое крупное ее структурное подразделение (структуры 1 порядка). Материковая кора, как наиболее изученная и важная в практическом отношении, подразделена далее на структуры II порядка.

Земная кора материков и океанов

Материковая и океаническая земная кора отличаются друг от друга составом, строением и мощностью. Граница между ними проходит не по береговой линии суши и океана, а значительно смещена в сторону океана — шельф и даже материковый склон, как правило, являются продолжением материка.

Затопление их океаном произошло лишь в плиоцен-четвертичное время. Соотношение площадей континентальной и океанической земной коры 2:3.

Континентальная земная кора

Верхняя граница земной коры определяется рельефом местности и проходит то по поверхности горных массивов, то ограничивается очертаниями плоскогорий, равнин и низин.

Нижняя граница (раздел Мохоровичича) зеркально (и утрированно) повторяет верхнюю — высоким горам соответствуют большие мощности земной коры и, следовательно, глубокое ее залегание.

Под горными сооружениями мощность земной коры достигает 60-70 и даже 80 км (Кавказ — 60, Тянь-Шань и Памир — 60-70 км). Это так называемые «корни гор», уходящие на значительно большую глубину по сравнению с высотой гор этого же района. Мощность земной коры уменьшается к периферии континентов. На Русской платформе ее мощность 30-55 км.

Несмотря на отмеченную выше неоднородность, в вертикальном разрезе выделяются три крупных слоя. Естественно, что лишь верхний — осадочный слой изучен достаточно хорошо, более глубокие — выделены по различию скоростей упругих волн.

Второй слой назван условно гранитным, а нижний базальтовым — по соответствию скоростей упругих волн и подсчитанным плотностям этим породам.

Осадочный слой имеет мощность от нескольких метров (в областях развития древних кристаллических пород, например, Карелия, Кольский полуостров) до многих десятков километров; подразделяется он на два горизонта.

Верхний горизонт состоит из рыхлых молодых осадков морского, озерного, речного, ледникового и других происхождений, представленных песками, суглинками, глинами и др., имеет мощность до многих десятков метров и характеризуется значениями Vр = 1,6-3,0 км/с.

Нижний горизонт сложен уплотненными и сцементированными осадочными породами — песчаниками, аргиллитами, известняками и др., он составляет подавляющую часть осадочного слоя, Vр = 4,0-5,5 км/с.

земной коры

Примеры огромных мощностей осадочного слоя: в Южно-Каспийской впадине при мощности земной коры 45-50 км, толщина осадочного слоя — 35-40 км, в Прикаспийской — 20-25 км (мощность коры — 30-40 км). На большей части Русской равнины — 0,2-2,0 км, но в локальных отрицательных структурах — до 15-20 км.

Гранитный слой имеет мощность от 10 до 35 км (в среднем 15-17 км) и характеризуется Vp = 5,5-6,3 км/с и плотностью 2,7 г/см3.

Хотя и отмечена условность названия этого слоя, все же подавляющая часть его, безусловно, состоит из гранита — большое распространение этой породы в приповерхностной части земной коры общеизвестно.

Кроме того, здесь, безусловно, присутствуют и другие кислые и средние полнокристаллические изверженные породы богатые кремнеземом (сиениты, диориты), слагающие краевые части гранитных интрузий.

Базальтовый слой — нижний слой континентальной коры; помимо базальтов содержит и другие основные и ультраосновные изверженные породы обогащенные Мg и Fe , а также несомненно и метаморфические, имеются и внедрения в нижнюю часть коры пород мантии.

Мощность базальтового слоя 5-40 км, преимущественно 15-25 км, Vp = 6,5-7,2 км/с, плотность 3,1 г/см3. Граница между гранитным и базальтовым слоями — раздел Конрада, улавливается не всегда, следовательно, имеются постепенные переходы.

Океаническая земная кора

Земная кора в океанах имеет малую мощность от 5 до 18 км, но значительное распространение; состоит из двух слоев — осадочного и базальтового.

Осадочный слой в верхней части сложен илами и другими неконсолидированными осадками с низкими скоростями упругих волн, мощность его от нескольких до десятков метров.

Ниже распространены нормальные осадочные породы — глины, аргиллиты, песчаники, опоки и др., переслаивающиеся с пористыми базальтами вулканического происхождения, Vр = 4,5-6,0 км/с, мощность — 1,0-2,7 км.

Базальтовый слой также подразделяется на два яруса: в верхней части залегают базальты эффузивного происхождения, в нижней — габбро — полнокристаллический аналог базальта (по некоторым авторам — серпентиниты), Vp = 6,4-7,0 км/с.

Мощность океанической коры, как правило, согласуется с рельефом дна -уменьшается в области впадин и утолщается в зоне поднятий. В Тихом океане мощность коры 5-6 км, в местах подводных возвышенностей 10-15 км, в Атлантическом океане — от 5 до 18 км.

На большей части дна Индийского океана толщина коры 5-10 км, а в Северо-Ледовитом океане — 5-12 км. В зоне гребней срединно-океанических хребтов, породы, подстилающие базальтовые лавы, отсутствуют и мощность осадочного слоя очень тонкая.

Геосинклинали, горно-складчатые области и платформы
Основные понятия о структурах континентальной коры

Изучение материков показало, что строение разных их частей неодинаково. Были выделены три типа структур континентальной коры ( структур II порядка ): геосинклинали, горно-складчатые области и платформы.

Принадлежность к той или иной структуре определяется в основном особенностями геологического строения и тектоническим режимом — в прошлом и настоящем.

Геосинклинали (от греч. «гео» — земля, «син» — вместе, «клино» — наклоняю ) — это обширные вытянутые структуры земной коры, ограниченные глубинными разломами, характеризующиеся высокой подвижностью.

На первом — собственно геосинклинальном — этапе происходит прогиб земной коры, который затопляется морем. За счет сноса обломочного материала и солей с окружающих континентов в прогибе накапливаются осадочные толщи пород огромной мощности. Они время от времени пронизываются магматическими внедрениями и покрываются лавовыми излияниями, проникающими из глубины по разломам.

Горно-складчатые области — сейсмически активные тектонические структуры земной коры сложного внутреннего строения, образовавшиеся на месте геосинклиналей в процессе их развития — сводово-глыбового поднятия.

Слагают их огромные толщи сильно дислоцированных осадочных пород, смятых в крупные линейные и более мелкие сложные складки, разбитых на блоки разрывами со смещениями, особенно сбросами, взбросами и надвигами, пронизанных интрузиями магматических пород, группирующихся в линейно-вытянутые зоны.

Внутренняя область пород подверглась региональному и контактовому метаморфизму. Рельеф горный, сильно расчлененный.

Платформы — обширные, относительно устойчивые структуры земной коры, образовавшиеся вследствие разрушения горно-складчатых областей, испытывающие медленные вертикальные колебательные тектонические движения.

Характеризуются складчатым кристаллическим фундаментом, покрытым сверху слабо или недислоцированными молодыми осадочными породами. Сеть глубинных разломов — редкая, магматизм не характерен, проявляется лишь в отдельных местах в виде трещинных излияний. Рельеф равнинный.

Стадии развития геосинклиналей, превращение их в горно-складчатые области

В развитии геосинклинальной области можно выделить несколько стадий.

Первая стадия характеризуется заложением в земной коре прогиба удлиненной или эллипсовидной формы больших размеров (проявление колебательных движений отрицательного знака).

Происходит это в областях, где в предшествующие времена возникли зоны глубинных разломов достигающих границ верхней мантии. В образовавшемся в земной коре прогибе возникает морской бассейн, в который с окружающей суши сносится обломочный материал.

Продолжающееся прогибание позволяет накопиться в этом бассейне огромной толщи осадочных пород. Интенсивное прогибание влечет за собой образование сбросов, особенно легко они возникают в краевых частях прогиба.

Разломы служат путями для проникновения в осадочные породы магмы, иногда она достигает поверхности и разливается по ней (рис. 5.1-а).

Рис. 5.1-а. Образование геосинклинального прогиба. Накопление терригенных толщ, внедрение основной магмы (по А. Е. Криволуцкому).

Вторая стадия протекает во время усложнения формы прогиба. Тектонические движения становятся более дифференцированными, возникают внутренние поднятия, которые расчленяют геосинклинальную область на ряд впадин, ограниченных крупными разломами.

земной коры

На месте поднятий возникают гирлянды островов. В опускающихся впадинах продолжается аккумуляция осадков. Колебательные тектонические движения, которые испытывает геосинклинальная область, способствуют накоплению своеобразных отложений, в которых 3-4 разновидности, отложившиеся в одной и той же последовательности, образующие ритм, многократно повторяются.

Такие отложения получили название флиш. Типичный ритм флиша представляет собой последовательное чередование (снизу вверх) конгломерата, песчаника, алевролита и аргиллита, образующихся после уплотнения и цементации осадков.

Если разрушающиеся берега, окаймляющие впадины, сложены известняками, то образуется карбонатный флиш.

Общая площадь геосинклинали в этот период постепенно расширяется за счет вовлечения в прогибание прилегающих участков суши. Магматизм проявляется в излияниях андезитовых лав, а также внедрением небольших интрузий кислого состава (рис. 5.1-б).

Рис. 5.1-б. Расчленение прогиба. Накопление карбонатных и флишевых толщ.

Третья стадия развития геосинклинали характеризуется сменой опускания на поднятие, которое начинается с наиболее приподнятых участков, постепенно расширяется, захватывает и прогибы.

Вследствие этого море начинает мелеть, появляются заливы и лагуны, постепенно вся область превращается в сушу, которая затем продолжает воздыматься. Исключение составляют периферические части геосинклинальной области, где образуются так называемые передовые или краевые прогибы.

Состав осадков, образующихся в отмирающем морском бассейне на этой стадии по сравнению с предыдущими меняется, появляются гипсы, соли, угли.

Угли земной коры

Одновременно с поднятием накопившаяся огромная толща осадочных пород сминается в складки — сначала в простые пологие линейно-вытянутые, затем они становятся все круче и круче, местами опрокидываются, разрываются надвигами и другими тектоническими разрывами.

Процесс складкообразования обычно протекает в несколько фаз. Осадочные породы во внутренних частях геосинклинали подвергаются региональному метаморфизму. На этой стадии происходит внедрение крупных магматических масс — формируются гранитные батолиты (рис. 5.1-в).

Рис. 5.1-в. Объединение отдельных поднятий в крупные зоны воздымания, интенсивная складчатость. Внедрение кислых интрузий.

Четвертая стадия характеризуется общим интенсивным поднятием всей геосинклинальной области.

Поскольку поднимающиеся складчатые массы пород рассечены глубинными разломами на отдельные блоки, испытывающие разные вертикальные перемещения (амплитуды перемещения по разломам, как правило, увеличиваются от периферии к центральной части области), поднятие имеет сводово-глыбовый характер.

В процессе образования гор продолжаются проявления наземного вулканизма. По краям поднятий продолжают развиваться передовые прогибы, к которым приурочены морские или озерные водоемы, но интенсивный снос грубообломочного материала заполняет их к концу стадии.

Завершается эволюция геосинклинали превращением ее в сложную горно-складчатую область или орогенный пояс (рис. 5.1-г). Примеры — высокогорные сводовые плата Тибета, Восточного Памира, орогенные пояса — Кавказ, Урал, Альпы.

Рис. 5.1-г. Образование горных систем с межгорными впадинами и краевыми прогибами. Внедрение кислой магмы, накопление мощных континентальных толщ в прогибах.

С различными стадиями развития геосинклиналей связано формирование важных рудных полезных ископаемых: с магматизмом первых стадий основного и ультраосновного состава — хромитов, платины, титано-магнетитов, полиметаллических руд; в орогенную стадию, сопровождающуюся внедрением кислых магм и метаморфизмом, возникают месторождения меди, золота, урана, молибдена, вольфрама, олова, сурьмы и др.

Главная

Магма земной коры

В возникшей горно-складчатой области тектонические движения постепенно ослабевают и вертикальные перемещения вверх прекращаются. Сформировавшаяся земная кора в результате метаморфизма и гранитизации становится более прочной, утрачивает подвижность — консолидируется.

Процессы выветривания и размыва пород атмосферными осадками и снеготаянием, возникшие с появлением первой суши, усиливаются по мере роста горного сооружения, но после прекращения его роста, интенсивно разрушают его.

Возникает сложная речная сеть, расчленяющая горное сооружение на отдельные хребты (рис 5.1-д). Реки не только углубляют русла, но и расширяют свои долины — происходит как глубинная, так и боковая эрозия.

На склонах образуются осыпи, обвалы, оползни, происходит шелушение пород, вниз по склону скатывается обломочный материал, который далее выносится реками.

Постепенно высокогорный рельеф переходит в среднегорный, затем в холмистый и в ландшафт островных гор и, наконец, выравнивается — образуется пенеплен, представляющий собой равнину со сложным внутренним строением (рис. 5.1-е). Регион от геосинклинального переходит в платформенный этап развития.

Рис. 5.1-д. Переход от геосинклинальной стадии к платформенной.

Рис. 5.1-е. Почти полное прекращение тектонических движений. Разрушение горной страны и превращение её в пенеплен

Геосинклинали в ходе геологической эволюции Земли неоднократно возникали в различных областях земной коры. Закрытие геосинклинальных поясов приводило к разрастанию платформ.

Происходил и обратный процесс — отдельные участки платформ вновь вовлекались в геосинклинальный режим развития.

По интенсивности тектонических движений, прогибу земной коры и накоплению мощных толщ осадков, последующему воздыманию и образованию горных сооружений, по высокой сейсмической активности и проявлению вулканизма, на земном шаре выделены две современные геосинклинальные области — Тихоокеанская и Средиземноморско-Гималайская.

Тихоокеанский пояс проходит вдоль берегов Тихого океана, включает системы островных дуг и глубоководных желобов, а также окраинные моря — от Зондского архипелага идет в меридианальном направлении к северу через Филиппины, Японию, Камчатку, поворачивает на Aлeyтcкиe острова и Аляску и далее по западному побережью Америки, образуя кольцо.

земной коры

Этот нестабильный пояс земной коры находится в собственно геосинклинальной стадии развития — геосинклинальные прогибы продолжают формироваться, но некоторые из них уже вовлечены в орогенный процесс, приведший к формированию складчатых горных сооружений Сахалина, Камчатки, Японии.

Средиземноморско-Гималайский пояс проходит в широтном направлении — от Гибралтара через крупные горные сооружения Европы (Альпы, Апенины, Карпаты), Балканский полуостров, Крым, Кавказ, Среднюю Азию, Гималаи до Зондского архипелага. Сюда же относятся впадины Средиземного, Черного и Каспийского морей, а также горы Атласа в Африке и горные массивы в Малой Азии. Эта геосинклиналь переживает заключительную орогенную стадию развития.

Пример более древней геосинклинали — Урал. Там орогенные процессы закончились уже в пермский период созданием Уральской горной цепи и с тех пор идет процесс разрушения этих гор, тектонический же режим характеризуется как платформенный.

Закрытие Уральской геосинклинали омонолитело земную кору на месте бывшего узкого морского бассейна и соединило Восточно-Европейскую и Сибирскую платформы.