Тема: Загальні відомості про будову, склад та вік Землі. Методи вивчення земної кори. План лекції:

1. Ідеї про утворення і розвиток Землі.

2. Будова Землі за даними геофізики і геохімії.

3. Будова земної кори.

4. Сучасні уявлення про утворення земної кори.

Ідеї про утворення і розвиток Землі.

З школи ми знаємо, що Земля складається з трьох основних частин: літосфери, мантії і ядра. Однак це відображає рівень знань про будову Землі на кінець XVII століття.

На підтвердження цього можна навести дані, що починаючи праць Р.Декарта (Початки філософії, 1644 р.), математика і філософа Г.Лейбніца (Протогея, 1693 р. і Теодицея, 1710 р.) вже були закладені ідеї оболонкової будови Землі.

Не можна не дивуватися наскільки вірним матеріалістичним шляхом розвивалась наукова думка Декарта. Він писав, що Сонце і зірки складаються з текучої речовини, а за фізичним станом вони схожі на полум'я. Земля теж колись була спочатку вогняним тілом. Потім при охолоджені, за його уявленнями, утворилось ядро, дві частини мантії і земна кора.

Г.Лейбніц теж вважав, що Земля колись була вогняною, розплавленою кулею. Потім на її поверхню піднялись шлаки, з яких утворилася тверда земна кора, а під нею знаходиться магма. Прогинання земної кори і заповнення прогинів солоними морями, в яких нагромаджувались осадки, Лейбніц помилково пояснював наявністю великих порожнин під тонкою земною корою. Але думка про походження осадочних і магматичних порід була в цілому вірною.

В середині XVIII ст. в науках про Землю і Всесвіт утвердились ідеї про розвиток Землі. Основні з них належать Ж.Бюффону, І.Канту і М.В.Ломоносову.

Свої погляди французький вчений Бюффон виклав у 1749 р. в "Теорії Землі". Згідно його уявлень, Земля спочатку була в розжареному стані, бо вона відокремилась від Сонця в результаті удару комети у світило. Тоді ж утворились інші планети Сонячної системи. Пізніше Земля охолола і повністю затверділа. Бюффон вважав, що всередині Землі знаходиться тверда, подібна до скла речовина. Вище розташовані оболонки із піску і глини. Вчений допускав, що після затвердіння земної кори її повністю покривало море, а рельєф дна був схожий на рельєф суші. Потім материки піднялись над рівнем моря. Цю теорію згодом було названо плутоністичною (від бога вогню Плутона за древньогрецькою міфологією). Цікаво і те, що Бюффон передбачав існування єдиного материка, який складався із Європи і Північної Америки. Це передбачення майже через два століття підтвердилось, коли було доказано, що в ранньому палеозої на місці сучасної Північної Атлантики існував материк, який об'єднував Північно-Американську і Східно-Європейську платформи. Тільки це було в багато разів раніше ніж передбачав автор гіпотези.

Перед геологічною наукою має заслугу і відомий німецький філософ І.Кант. Вона полягає в тому, що вчений в 1755 р. в книзі “Загальна історія природи і теорії неба” на основі закону про всесвітнє тяжіння обґрунтував гіпотезу про походження Землі і Сонячної системи із пилоподібної туманності, в якій у центрі утворився згусток речовини, що потім розігрівся – сучасне Сонце. Із залишку речовини утворилась Земля та планети із своїми супутниками.

На формування уявлень про будову Землі великий вплив мали праці М.В.Ломоносова "Слово о рождении металлов от трясения Земли" (1753 р.) і "О слоях земных" (1763 р.), в яких розвивались ідеї загальної будови Землі та зміни земної поверхні під впливом внутрішніх і зовнішніх сил.

Значний вплив на формування уявлень про будову Землі і особливо земної кори мали наукові висновки академіка Петербурзької академії наук П.С.Палласа. Здійснивши експедиційні дослідження в різних провінціях Російської держави, а також вивчивши існуючі на той час наукові праці про геологічну будову Кавказу, Анд, Альп та інших гірських систем, Паллас в 1777 р. виклав свою теорію будови Землі і утворення гір. Основне в ній те, що найдавнішою "первозданною" породою є граніт, з якої складається вся внутрішня частина Землі або її значна частина. Ядро вчений вважав твердим, що складається з граніту або магнетиту (залізистого мінералу).

На думку Палласа спочатку всю поверхню Землі вкривав океан, над яким здіймались лише гранітні острови. Вулканічні виверження, підняття гірських систем і навіть континентів відбувалися в результаті горіння колчедану (сполуки металів з сіркою) в надрах Землі. Уявлення Палласа про Світовий океан і про роль потоків в утворенні шарів порід були використані представниками нептуністичного вчення (від бога моря Нептуна), а його твердження про катастрофічні явища мали значний вплив на природознавців і, зокрема, на основоположника катастрофічного вчення в розвитку життя на Землі – Ж.Кюв'є.

Значну увагу питанню будови Землі приділяв у своїх працях професор Фрейбергської гірничої академії А.Г.Вернер (1787), який відомий в геологічній науці як найбільш яскравий теоретик нептунізму. Він рішуче відкидав гіпотезу Бюффона (основоположника плутонізму) про утворення земної кори з розплавленої, а потім застиглої маси і вважав, що вирішальна роль в її утворенні належить осадкам, що утворились в Світовому океані.

Великий вплив на формування уявлень про земну кору мала праця шотландського вченого Джеймса Геттона "Теорія Землі" (1795). Він надавав “підземному вогню” і вулканічним явищам вирішального значення в утворенні земної кори . Розплавлена маса, яка, за уявленням Геттона, існувала в середині Землі, активно впливала на підняття земної кори. В результаті – виникали нові острови, зминалися в складки осадочні шари, утворювались гірські системи. Останні руйнувались під впливом Сонця, води і повітря, а уламки зносились в море, де вони ущільнювались під впливом внутрішньої температури Землі. Через деякий час ці шари порід знову під впливом внутрішньої енергії піднімались на поверхню Світового океану. Так повторювалось все спочатку. Ці явища супроводжувались діяльністю вулканів, що призводило до утворення магматичних порід: трапів, базальтів, гранітів та інших. Отже, хоч Геттон і надавав вирішального значення ендогенним (внутрішнім) процесам, все ж він не відхиляв важливих висновків в утворенні осадочних порід у Світовому океані і це мало великий вплив на уявлення про формування земної кори і зокрема "базальтової", "гранітної" і осадочної оболонок.

Велике значення для наукових висновків про походження і будову Землі мала космогонічна гіпотеза французького астронома і математика П.С.Лапласа, яка була опублікована в 1796 р. в другому томі "Викладення системи світу". Вона розвивала і доповнювала вчення І.Канта, від чого в узагальненому вигляді одержала назву гіпотези Канта-Лапласа. Опускаючи уявлення Лапласа про походження Землі з розжареної газової туманності, що існувала навколо Сонця, звернемо увагу на те, що він вважав існування вогнево-рідинної маси всередині Землі, яка була прикрита тонкою корою. З цими висновками Лапласа погоджувалось багато видатних вчених, в тому числі О.Гумбольдт, Д.І.Соколов, О.О.Іностранцев, І.В.Мушкетов, та інші. Але з другої половини XIX століття уявлення про внутрішню будову Землі значно доповнились. Так, відомі американські вчені-геологи Д.Дена і А.Лазо прийшли до висновку, що між корою і ядром Землі існує шар в'язкої маси і що саме в ній криються причини коливальних рухів на континентах.

Уявлення про будову Землі були істотно доповнені працями відомого англійського астронома Дж.Дарвіна (сина Ч.Дарвіна). В 1870-80 роках він писав, що Земля спочатку була в розплавленому стані, про що свідчить її сферична форма; що всередині планети існує не тільки висока температура, а й величезний тиск. Від цього стан її надр твердий і разом з тим в'язкий.

Поряд з фізичним станом надр Землі в XIX ст. розвивались уявлення про її хімічний склад. Ряд німецьких, англійських і французьких вчених прийшли до висновку, що ядро планети складається з нікелістого заліза. Цю думку підтримував і Д.І.Менделєєв.

Уявлення про залізо-нікелевий склад ядра Землі одержали найбільше визнання, яке ґрунтувалось на метеоритному походженні нашої планети і розрахунках її щільності. Зародилась нова наука – порівняльна планетологія, яка почала вивчати сферичну будову планетних тіл. Взагалі ж уявлення про геосфери одержало астрономічне, фізичне, хімічне і геолого-географічне обгрунтування. Найбільш повно воно знайшло відображення в трьохтомній праці австрійського вченого Е.Зюсса (1831-1914) "Лик Земли" (1909). Він прийшов до висновку, що тверда Земля підрозділяється на “літосферу”, внутрішню більш важку “барисферу” і залізо-нікелеве ядро (NiFe), агрегатний стан якого передбачався як повністю або частково рідинним. В такій ”літосфері” вчений виділяв два шари: неоднорідну земну кору, що складається переважно з кремнію і алюмінію – SiAl і проміжний шар між ядром і корою, який складається з кремнію і магнію – SiMa. Цей вчений виділив у складі земної кори осадочну оболонку, або стратисферу.

Норвезький геохімік В.М.Гольшмідт в 1922 р. виділив силікатну оболонку, під нею – сульфідно-оксидну, а всередині Землі – ядро.