Що входить до складу земної кори

Що ви знаєте про внутрішню будову Землі? Які гірські породи вам відомі? За якими властивостями вони розрізняються?

Надра Землі – загадковий і набагато менш доступний світ, ніж навколишній нашу планету космос. Ще не винайдено такий апарат, в якому можна було б проникнути в глибини планети. Найглибша в світі шахта має глибину 4 км, найглибша свердловина на Кольському півострові – 12 км. Це всього лише 1/500 частина радіуса Землі!

Однак люди навчилися «заглядати» у земні глибини. Головний метод їх вивчення – сейсмічний (від грец. «Сейсмос» – землетрус). Від землетрусів або штучних вибухів в надрах Землі поширюються коливання. У різних за складом і щільності речовинах вони поширюються з різною швидкістю. За допомогою приладів фахівці вимірюють ці швидкості і розшифровують інформацію.

Встановлено, що надра нашої планети розділені на кілька оболонок: ядро, мантію і земну кору (рис. 33).

Ядро – центральна частина земної кулі. У ньому дуже високий тиск і температура 3000-4000 ° С. Ядро складається з самого щільного і важкого речовини, імовірно заліза. На ядро припадає близько 30% маси Землі, але тільки 15% її обсягу. Внутрішня тверда частина ядра як би плаває в зовнішньому, рідкому шарі. Завдяки такому руху навколо Землі виникає магнітне поле. Воно захищає життя на нашій планеті від шкідливих космічних променів. На магнітне поле реагує стрілка компаса.

На думку вчених, розшарування речовини Землі на ядро, мантію і земну кору відбувалося з моменту утворення планети 4,6 млрд років тому і триває до теперішнього часу. Більш важкі речовини опускаються до центру Землі і ще більш ущільнюються, легкіе- піднімаються вгору і утворюють земну кору. При перерозподілі речовини Землі виділяється тепло – головне джерело внутрішньої енергії Землі. Коли розшарування земних надр повністю закінчиться, Земля стане холодною і мертвою планетою. За розрахунками, це може статися через 1,5 млрд років.

Мантія (від грец. «Мантія» – покривало, плащ) – найбільша з внутрішніх оболонок Землі. На мантію припадає основний обсяг (понад 80%) і маса (майже 70%) нашої планети. Речовина мантії тверде, але менш щільне, ніж в ядрі. Тиск і температура в мантії збільшуються з глибиною. У верхній частині мантії є шар, де речовина частково розплавлене і пластично. За цим пластичному прошарку переміщаються тверді шари, що лежать вище.

Земна кора – сама тонка, зовнішня оболонка Землі. На частку земної кори припадає менше 1% маси земної кулі. Саме на поверхні земної кори живуть люди, з неї вони добувають корисні копалини. У різних місцях земну кору пронизують численні шахти і свердловини. Мільйони зразків, відібрані з них і з поверхні Землі, дозволили визначити склад і будова земної кори.

Польові шпати складають половину маси земної кори. Навіть назва «польові» вони отримали через повсюдне поширення. Їх можна зустріти скрізь: в горах, у полі …

Кварц – один з найпоширеніших мінералів. Безбарвний кварц називається гірським кришталем. Відомі різновиди кварцу інших кольорів: фіолетового, жовтого, коричневого, чорного.

З чого складається земна кора. Земна кора складається з гірських порід, а гірські породи – з мінералів. (Згадайте, з якими мінералами ви знайомі. Де вам вдалося їх побачити?)

Мінерали – природні речовини з різним складом, властивостями і зовнішніми ознаками.

Мінерали розрізняють за такими ознаками, як колір, твердість, блиск, прозорість, щільність. Мінерали утворювалися і продовжують утворюватися як в глибоких шарах земної кори, так і на її поверхні.

Людям відомо близько 3000 мінералів. Більшість з них зустрічається рідко. До рідкісних мінералів відносяться алмаз, платина, срібло, графіт. Широко розповсюджених мінералів, з яких в основному складаються гірські породи, всього кілька десятків. Найбільше на Землі польових шпатів, кварцу, слюд (рис. 34). Мінерали утворюють гірські породи.

Гірські породи – це природні тіла, що складаються з одного або декількох мінералів.

Кристали мінералів в гірській породі можуть бути різного розміру. У багатьох породах їх можна розглянути тільки під мікроскопом. Кристали мінералів з’єднуються між собою з різною міцністю. Тому одні породи тверді і монолітні, інші – пористі і легкі, треті – пухкі й сипучі. Склад мінералів в гірській породі і міцність їх з’єднання залежать від умов, в яких дана порода утворювалася. За умовами утворення всі гірські породи поділяються на три великі групи: магматичні, осадові і метаморфічні.

Типи земної кори

Земну кору вивчено значно краще, ніж глибинні сфери Землі. Як показали геофізичні дослідження, в будові земної кори беруть участь три шари порід. Верхній шар називається осадовим, бо він складений переважно осадовими породами: пісками, глинами, вапняками та ін. Поширений майже скрізь на планеті, але його товщина коливається в значних межах — від кількох метрів на виходах на поверхню давніх кристалічних порід до 15 км в Баренцовому морі. Середній шар називається гранітним за його схожість за щільністю з магматичними породами — гранітами. Поширений переважно під материками, товщина його змінюється від 0 до 20 км. Верхня частина гранітів в деяких районах, наприклад на Кольському півострові, в північних і центральних районах України, виходить на земну поверхню і доступна для безпосереднього вивчення. Нижній шар земної кори найменш досліджений, умовно названий базальтовим внаслідок схожості за щільністю з цією гірською породою. Як і осадові породи, має повсюдне поширення, а товщини його коливаються від 3 до 40 км.

Особливості будови земної кори під континентами і океанами стали причиною поділу її на два типи: континентальну і океанічну. Границя між ними не збігається з межами материків і океанів, вона проходить по океанічному дну на глибинах 2000—3500 м. Досить часто виділяють ще третій тип земної кори — перехідний: в цій зоні спостерігається чергування ділянок континентальної та океанічної кори.

Континентальний тип земної кори найтовщий. Його середня товщина 43,5 км, мінімальна, близько 20 км, — на стику з океанічною корою, максимальна, до 75 км, — під гірськими хребтами Тибету, Тянь-Шаню, Паміру. В цьому типі здебільшого добре виражені всі три шари порід — осадові, гранітні та базальтові.

Океанічний тип земної кори має малу товщину (5—20 км) при значному поширенні. Характерна його особливість — відсутність гранітного шару. Тому осадові породи незначної товщини залягають безпосередньо над базальтовими.

Для перехідного типу земної кори характерна велика контрастність, властива зонам сучасних геосинкліналей. До перехідного типу належить ділянка кори під Курильською дугою, ділянки, зайняті Чорним, Середземним, Червоним і Карибським морями, а також деякі підводні хребти. Утворення перехідного типу кори пов’язане з активним гороутворенням.

Важливі дані про будову і товщину земної кори на одних і тих самих широтах дають гравіметричні дослідження — вивчення сили тяжіння. Нагадаємо, що її величина є рівнодійною притягання маси Землі і відцентрової сили обертання планети.

Гірські хребти створюють у верхніх шарах додаткову масу і тому повинні б збільшити величину сили тяжіння пропорційно масі гір. В океанах же густина води близько 1 г/см8, тому сила тяжіння над її поверхнею повинна б бути меншою, ніж в горах. Низинні райони на суші займають проміжне положення, і тому логічно припустити, що сила тяжіння тут матиме середньоширотні значення.

Вимірювання показали, що фактично сила тяжіння на одній і тій самій паралелі скрізь практично однакова. Це означає, що в горах вона менша від нормальної, тобто тут проявляється, як прийнято говорити, від’ємна гравіметрична аномалія, на морі сила тяжіння більша розрахункової і аномалія тут додатна, на низовинах величини сили тяжіння близькі до розрахункових.

Рис. 16. Ізостазія: a — рівнина; б і в — гірські країни; г — плато; д — океан; 1 — осадові породи; 2 — гранітний шар; 3 — базальтовий шар; 4 — верхня мантія; 5 — океан; 6 — поверхня Мохоровичича (Мохо)

Такий розподіл сили тяжіння та її аномалій пояснюють ізостазією — зрівноваженням ваги земної кори різної густини на верхній мантії. Гірські хребти мають глибокі, але легкі «корені», а океанічне дно складене переважно важкими базальтовими породами (рис. 13). Якщо десь порушена рівновага від зміни навантаження, земна кора поступово спливає (наприклад при руйнуванні гір, таненні льодовиків та ін.) або занурюється в мантію, якщо її вага збільшується. Таким чином, земна кора ніби «плаває» на верхній мантії, а нижня межа кори дзеркально відображає рельєф поверхні Землі. У цьому відношенні кора нагадує айсберг в океані. Згідно із законом Архімеда, всі айсберги, щоб вони могли плавати, мають бути глибоко занурені у воду. Чим вищий айсберг, тим більша його підводна частина. Цей закон можна застосувати і для земної кори — материки мають товстішу кору ніж опущені простори океанічного дна.

Описане явище ізостазії означає, що океан — це не тільки результат наявності води в ньому; поділ земної поверхні на сушу і море зумовлений різною будовою надр Землі. Материки не можуть опуститися нижче рівня Світового океану, бо вони складені головним чином легкими гірськими породами. У будові океанічного дна переважають більш важкі породи. Таким чином, материк не може перетворитися в океан і навпаки.

Думки щодо поділу земної кори на різні типи дотримуються не всі вчені. Деякі геологи вважають, що земна кора скрізь на Землі однакова. Виявлені ж відмінності в характері проходження сейсмічних хвиль і розподілі сили тяжіння пояснюються тим, що кора під океаном зазнає величезного тиску водних мас і насичена водою. Це і змінює її властивості.

Важливі дані про будову земної кори дають відомості, одержані в процесі глибокого буріння. Так, результати аналізів гірських порід, взятих з Кольської надглибокої свердловини, виявилися досить несподіваними. Там, де за геофізичними даними передбачалася наявність базальтового шару (у зв’язку з різкою зміною швидкості проходження хвиль), свердловина пересікла світлі архейські гнейси. Це дуже змінені, чи мета-морфізовані, гірські породи осадового або магматичного походження з високим вмістом кремнезему, і, що дуже важливо, одна з головних складових частин гранітного шару. Виникає питання: невже всі здогадки геологів і геофізиків про будову глибоких надр земної кори виявилися неправильними? Ні, це не так. Надглибоке буріння ще раз показало, наскільки складні природні процеси і яка непроста будова кори. У даному випадку різка зміна швидкостей хвиль пов’язана не з переходом від гранітного шару до базальтового, а з розущільненням порід за рахунок утворення тріщин в процесі звільнення води з кристалічних сіток мінералів під впливом високого тиску і температури.

Результати глибокого буріння змінили уявлення про характер розподілу температур в надрах Землі. Раніше вважалося, що в межах Балтійського щита й у подібних йому регіонах збільшення температур з глибиною незначне. Очікувалося, що на глибині близько 7 км температура досягає 50е, а 10 км — 100°. Насправді температура виявилася значно вищою. До глибини 3 км температура збільшувалася на 1° через кожні 100 м, що відповідало розрахункам. Але далі її приріст досяг 2,5° на кожні 100 м, і, таким чином, на глибині 10 км температура виявилася рівною 180°. Допускають, що висока температура — наслідок інтенсивного теплого потоку, який іде від розігрітої мантії.

Щоб краще вивчити глибинну будову Землі, передбачається закласти кілька нових надглибоких свердловин у різних районах Землі. Деякі з них повинні досягнути границі Мохоровичича. Це означає, що в недалекому майбутньому до рук учених попадуть унікальні зразки геологічних порід. Цілком ймовірно, що глибоке буріння дозволить виявити родовища корисних копалин, розширить уявлення людей про будову надр Землі.