1. Строение литосферы и структура земной коры

К важнейшим научным открытиям начала 20-го века безусловно следует отнести вывод о наличии на Земле концентрических оболочек различной плотности. На основании данных о скорости прохождения сейсмических волн земные недра разделяют на ряд слоев (рисунок 1).

Верхний слой (слой А) – это земная кора – твердая внешняя обо-лочка Земли. При переходе от земной коры к внутренней оболочке (слой В) происходит скачкообразное изменение в распространении сейсмических волн. Эта граница получила название раздела Мохоровича (М). По современным данным, глубина залегания поверхности Мохоровича, а, следовательно, и толщина земной коры, изменяется от 6 км под дном океана до 70 км в горных районах.

Рис. 1.Слои Земли (а) и строение земной коры по Гутенбергу (б)

Расположенную ниже поверхности Мохоровича толщу называют внутренней оболочкой, или мантией, Земли. Ей соответствуют слои В, С, D (рисунок 1, а). Мантия Земли почти в 40 раз толще земной коры и простирается до глубины 2900 км. Слои В и С отличаются по скорости прохождения сейсмических волн друг от друга и от слоя D. Они образуют верхнюю мантию. Слои Е, F, G входят в состав ядра Земли: слой Е (2900-4980 км) – внешнее ядро, слой F (4980-5120 км) – переходная зона ядра и слой G (5120-6370 км) – внутреннее ядро.

Установлено, что плотность земного вещества с глубиной возрастает. На этом основании предполагается, что в составе мантии преобладают более тяжелые химические элементы, такие, как желе­зо, хром, магний. Резкое изменение плотности вещества на границе мантии и ядра связано, вероятно, с изменением фазового состояния или, возможно, химического состава преобладающего вещества. Однако до настоящего времени нет единого мнения о химическом составе внутренней оболочки ядра, и отсутствует единая теория глубинного строения Земли.

Наиболее изученной частью Земли является ее верхний слой – земная кора. Среднее содержание химических элементов в земной коре впервые определил американский геохимик Ф. Кларк. Более сорока лет работал он над этой проблемой и несколько раз опубликовывал все более подробные сведения о составе земной коры. В честь Ф. Кларка, первым занявшимся этой трудоемкой работой, А. Е. Ферсман предложил называть кларком среднее содержание элементов в земной коре, на Земле в целом или в других природных телах, выраженное в процентах. Анализы большого числа горных пород (таблица 1) показывают, что земная кора более чем на 99 % состоит всего из девяти химических элементов. На долю остальных 80 элементов, встречающихся в земной коре (их называют редкими и рассеянными), приходится всего 0,52 %.

Таблица 1. Кларки важнейших химических элементов земной коры

Элемент	Кларк		Элемент	Кларк
	массовый, %(мас.)	объемный*, %(об.)		Массовый, %(мас.)	объемный**, %(об.)
Кислород	47,0	91,97	Калий	2,50	2,14
Кремний	29,5	0,89	Натрий	2,50	1,60
Алюминий	8,05	0,77	Магний	1,87	0,56
Железо	4,65	0,68	Титан	0,45
Кальций	2,96	1,48

*Массовые кларки по А. П. Виноградову.

**Объемные кларки по В. Гольдшмидту.

Кислород, кремний и алюминий являются главными элемента­ми земной коры. На их долю приходится 84,55 % ее массы. Но еще более поразительная картина получается при сравнении объемных кларков элементов, рассчитанных на основании данных В. Гольдшмидта об ионных радиусах. В этом случае на кислород приходится 91,97 % всего объема, и земная кора предстает перед исследовате­лем в виде сплошного кислородного каркаса, в пустотах которого располагаются атомы кремния и других элементов. Остальные 80 элементов, встречающиеся в земной коре, или изоморфно входят в кристаллические решетки, образованные главными элементами земной коры, или остаются в твердом кристаллическом веществе в неупорядоченном, рассеянном состоянии.

Рассеянные элементы распределены в земной коре очень неравномерно. Поэтому для характеристики распространенности элементов в отдельных участках земной коры недостаточно только среднего содержания элемента. Для количественной оценки распреде­ления химических элементов в земной коре В. И. Вернадский ввел понятие кларк концентрации К_к:

К_к = А/К, (1)

где А – содержание элемента в земной коре в данном регионе, %(мас);

К – кларк элемента в земной коре, %(мас).

Многочисленные анализы проб земной коры позволяют выделить территории, различающиеся уровнем содержания определенных элементов. Такие территории называют геохимическими провинциями. Так, например, районы Уральских гор, характеризующиеся повышенным содержанием меди, хрома, никеля и других элементов, следует отнести к уральской геохимической провинции.

В пределах провинций также имеются участки, различающиеся содержанием рассеянных элементов. Это так называемый геохимический фон элементов.