Тема 3. Современные представления о строении, геохимическом составе и эволюции земной коры, мантии и ядра Земли

Очертания берегов, горных хребтов и рек уже нанесены на карту, но много ли мы знаем о внутренности земного шара?..

Акад. В. А. Обручев

Паспорт Земли

Возраст — 4,6–4,7 млрд. лет

Диаметр Земли — 12 700 км

Радиус экваториальный — 6 378,16 км

Радиус полярный — 6 356,78 км

Масса — 5,98·10²⁷ г

Гидросфера: толщина в среднем 3 км, масса 1,46·10²⁴ г. Атмосфера: азот — 78,08 %, кислород — 20,95 %, масса — 5,3·10²¹ г, толщина — 1 300 км

Земля состоит из следующих сферических оболочек (модель К. Буллена, 1963): земной коры (слой А), мантии (слои В, С, D) и ядра (слои E, F, G). Земная кора и верхняя мантия, где происходят тектонические процессы, выделяют в качестве тектоносферы, которая делится на литосферу и астеносферу (рис. 13).

Рис. 13. Современные представления о строении Земли

Земная кора

Термин «земная кора» введен в геологическую литературу Ч. Лайелем в 1835 г. и первоначально относился лишь к таким «поверхностным частям планеты, которые доступны наблюдению человека» и — эти поверхностные слои были сложены, главным образом «гипергенными» образованиями, т. е. горными породами, первоначально возникшими на дневной поверхности.

С 1952-58 гг., после обобщения большого статистического геофизического (в основном сейсмологического) материала под этим термином стала пониматься относительно разуплотненная (плотность сверху вниз постепенно возрастает от 2,4–2,6 до 2,9–3,0 г/см³, средняя плотность около 2,85 г/см³), низкоскоростная (скорости продольных волн вниз по разрезу возрастают от 2,5–4,5 до 7,2–7,4 км/сек), высокоомная (электропроводность сухих твердых горных пород составляет 10^–6–10^–3 Ом^-1·м^-1) внешняя планетарная оболочка, ограниченная снизу резким сейсмическим разделом Мохоровичича¹.

В строении земной коры участвуют все типы горных пород (метаморфические, осадочные и магматические). От верхней мантии земная кора отделяется границей Мохо или Мохоровичича (граница М), которая океанами лежит на глубинах 5–15 км, под континентами — 25–70 км.

Где образуется земная кора?

Приращение массы какой либо геосферы или планеты в целом называется АККРЕЦИЕЙ (по Ю. М. Пущаровскому).

Аккреция океанической коры происходит главным образом в зонах спрединга за счет поступления мантийных базальтовых магм. Здесь литосфера создается со средней скоростью 6 см/год, т. е. отодвигается от СОХ со скоростью 3 см/год.

Аккреция земной коры переходного (островодужного) типа — за счет субстрата океанической земной коры с появлением в ней магматических сиалических масс, андезитового вулканизма, формирования мощных осадочных комплексов, а также процессов тектонического скучивания.

Аккреция континентальной коры происходит при дальнейшей сиализации коры переходного типа под воздействием магматических, метаморфических и тектонических процессов на конвергентных границах литосферных плит.

Выделяют несколько типов земной коры: 1) континентальный; 2) субконтинентальный 3) океанский; и 4) субокеанский. Континентальная, в свою очередь, подразделяется на два подтипа 1А) континентальная земная кора орогенных поясов и 1Б) континентальная земная кора платформ.

Граница между условно базальтовым слоем и гранитным называется «границей Конрада». Эту границу в конце 80-х годов непосредственно изучили, когда Кольская сверхглубокая скважина пересекла ее на глубине около 7 км. Никакого вещественно выраженного раздела там не оказалось. Это видимо чисто геофизическая граница, связанная с физическим переходом вещества в новое состояние — более плотное или более напряженное.

2. Субконтинентальный тип земной коры (островных или вулканических дуг). Этот тип земной коры стал выделяться в связи с нечетко выраженной границей Конрада в областях развития вулканических дуг по краям континентов в так называемых областях субдукции активных континентальных окраин (Курильские, Алеутские острова).

3. Океанская земная кора. Формируется в зонах срединно-океанических хребтов в результате раздвижения океанического дна — СПРЕДИНГА. Имеет трехслойное строение и 5–9 (12) в среднем 6–7 км мощности. Первый, самый верхний, слой сложен рыхлыми осадками и достигает всего 600 м мощности. Второй слой представлен базальтовыми лавами подушечного типа в верхней своей части и в виде параллельных вертикальных даек в нижней. Мощность его 1,0–1,5 до 2,5–3,0 км. Третий слой состоит из интрузивного габбро, которое в верхней части имеет массивную текстуру, в средней — полосчатую, а в нижней приобретает черты ультрабазитовых пород. Мощность этого слоя составляет от 3,5 до 5,0 км.

Остатки или обломки земной коры океанского типа в пределах континентов называются офиолитами («ophiolite» — термин ввел в геологическую литературу Штейман, 1905 г.). В пределы континентальной земной коры они попадают в результате обдуцирования во время столкновения и коллизии литосферных плит. Значение их велико — они маркируют шовную зону (сутуру), по которой произошло замыкание или закрытие океана геологического прошлого.

4. Субокеанский тип земной коры наблюдается под окраинными и внутренними морями (Охотское, Японское, Средиземноморское, Черное и др.). По строению земная кора этого типа близка к земной коре океанского типа, отличаясь от нее повышенной мощностью (до 4–10 км) осадочного слоя, располагающегося на третьем океаническом слое мощностью 5–10, местами до 25–30 км.

Некоторые исследователи этот и тип земной коры в зонах срединно-океанических хребтов считают одинаковыми, с той лишь разницей, что в субокеанском типе более мощный слой осадочных мелководных отложений, а в срединно-океаническом хребте осадки все глубоководные.

Рис. 14. Типы земной коры: 1А - континентальная, орогенов; 1Б - континентальная, платформ; 2 - субконтинентальная или островных дуг; 3 - океанская центральных частей ложа океанов или талассократонов; 4 - субокеанская, окраинных и внутренних морей