Вещественный состав земной коры
Химический состав земной коры отличается от более глубоких геосфер в первую очередь обогащённостью относительно лёгкими элементами – кремнием и алюминием.
Достоверные сведения имеются только о химическом составе самой верхней части земной коры. Первые данные о её составе были опубликованы в 1889 году американским ученым Ф. Кларком, как среднеарифметические из 6000 химических анализов горных пород. Позже, на основании многочисленных анализов минералов и горных пород, эти данные многократно уточнялись, но и сейчас процентное содержание химического элемента в земной коре называется кларком. Около 99 % в составе земной коры занимают всего 8 элементов, то есть они имеют наибольшие кларки (данные об их содержании приведены в таблице). Кроме того, могут быть названы ещё несколько элементов, имеющих относительно высокие кларки: водород (0,15%), титан (0,45%), углерод (0,02%), хлор (0,02%), которые в сумме составляют 0,64%. На все остальные элементы, содержащиеся в земной коре в тысячных и миллионных долях, остаётся 0,33%. Таким образом, в пересчёте на окислы, земная кора в основном состоит из SiO2 и Al2O3 (имеет «сиалический» состав, SIAL), что существенно отличает её от мантии, обогащённой магнием и железом.
Таблица - Среднее содержание химических элементов в земной коры (по Виноградову)
Химический элемент |
Содержание, вес.% (кларк) |
Кислород |
47,00 |
Кремний |
29,5 |
Алюминий |
8,05 |
Железо |
4,65 |
Кальций |
2,96 |
Натрий |
2,5 |
Калий |
2,5 |
Магний |
1,87 |
Вместе с тем, нужно иметь в виду, что приведённые выше данные о среднем составе земной коры отражают лишь общую геохимическую специфику этой геосферы. В пределах земной коры по составу существенно различается океанический и континентальный типы коры. Океническая кора образуется за счёт поступающих из мантии магматических расплавов, поэтому в значительно большей степени обогащена железом, магнием и кальцием, чем континентальная.
Химический состав континентальной и океанической коры
Окислы |
Содержание, вес.% |
|
Континентальная кора |
Океанская кора |
|
SiO2 |
60,2 |
48,6 |
TiO2 |
0,7 |
1,4 |
Al2O3 |
15,2 |
16.5 |
Fe2O3 |
2,5 |
2,3 |
FeO |
3,8 |
6,2 |
MnO |
0,1 |
0,2 |
MgO |
3,1 |
6,8 |
CaO |
5,5 |
12,3 |
Na2O |
3,0 |
2,6 |
K2O |
2,8 |
0,4 |
Не менее значимые различия обнаруживаются и между верхней и нижней частью континентальной коры. В значительной мере это связано с формированием коровых магм, возникающих за счёт плавления пород земной коры. При плавлении разных по составу пород выплавляются магмы, в значительной мере состоящие из кремнезёма и окисла алюминия (они содержат обычно более 64% SiO2), а оксиды железа и магния остаются в глубинных горизонтах в виде нерасплавленного «остатка». Имеющие малую плотность расплавы, внедряются в более высокие горизонты земной коры, обогащая их SiO2 и Al2O3.
Химический состав верхней и нежней континентальной коры (по Тейлору и Мак-Леннану)
Окислы |
Содержание, вес.% |
|
Верхняя кора |
Нижняя кора |
|
SiO2 |
66,00 |
54,40 |
TiO2 |
0,5 |
1,0 |
Al2O3 |
15,2 |
16.1 |
FeO |
4,5 |
10,6 |
MgO |
2,2 |
6,3 |
CaO |
4,2 |
8,5 |
Na2O |
3,9 |
2,8 |
K2O |
3,4 |
0,28 |
Очень важную информацию о закономерностях эволюции планеты и источниках поступающего на поверхность вещества дают данные о распределении элементов-примесей и изотопных характеристиках вещества.
Среди основных мантийных резервуаров, отвечающих разной степени преобразования первичного ходритового вещества и отличающихся друг от друга геохимическими и изотопными характеристиками отметим наиболее важные:
PM - примитивная мантия (на время 4.5 млрд. лет )
PREMA (Prevalent Mantle Composition) - наиболее примитивный состав мантии, сохранившийся с самой ранней стадии развития Земли
PHEM - (Primitive Helium Mantle) - примитивная гелиевая мантия
BSE - однородный хондритовый резервуар (современный)
FOZO - нижняя мантия как результат дифференциации BSE
DM - деплетированная (истощенная) мантия
EM - обогащенная мантия
HIMU - обогащенная (U+Th/Pb) мантия, образовавшаяся в первые 1.5 - 2.0 млрд. лет
Учитывая, что формирование базальтовых расплавов связано с плавлением мантийного вещества, на основе особенностей состава базальтоидов можно устанавливать их связь с тем или иным источником. А следовательно, и моделировать процессы, определяющие базальтовый магматизм.