Вещественный состав земной коры
Минералы и горные породы. Земная кора сложена минералами игорными породами. Минералы — это достаточно устойчивые химические соединения исамородные элементы, имеющие строго конкретное, только им присущее внутреннеестроение. Минералы образуются в результате эндогенных и экзогенных процессов, атакже могут выращиваться в лабораториях, на заводах (драгоценные камни) и наморских фермах (жемчуг).
В природе существуют твердые (алмаз, кварц), жидкие(вода, нефть, ртуть) и газообразные (все газы) минералы. Твердые минералы могутбыть кристаллическими (галит, кварц) и аморфными (опал, все смолы).Кристаллические состоят из множества структурных элементов, представляющихсобой многогранники-кристаллы, аморфные кристаллов не имеют. Строение минераловопределяет их свойства. Один и тот же химический элемент (или соединение) можетобразовывать разные кристаллические формы, т.е. разные минералы. Так, алмаз играфит состоят из углерода (С), пирит и марказит — из сульфида железа (FeS2), кальцит и арагонит — из карбоната кальция (CaCO3) и т.д.
Известно более 2500 минералов, а если учесть и ихразновидности — около 4000, однако только немногим больше 50 (до1%) из нихимеют породообразующее значение. Современная классификация минераловосновывается на их составе и строении. В табл. III.3 приведена классификация породообразующих инекоторых наиболее часто встречающихся или представляющих особый интересминералов.
Горные породы — минеральные агрегаты с более или менеепостоянным минеральным составом. Они могут быть мономинеральными, т.е.состоящими из одного минерала, как, например, каменная соль (из галита), или изнескольких минералов, как, например, гранит (из полевых шпатов, кварца,биотита, амфибола). Многие мономинеральные породы носят такие же названия, каки слагающие их минералы: нефть, вода, слюда, глина, ангидрит, гипс и т.д.Сыпучие, жидкие и пластичные горные породы нередко называют геологическимиобразованиями.
Таблица III.3
Классификация минераловКлассификационная группа
Распространение
в земной коре Основные минералы 1. Самородные элементы Около 90 минералов — 0,1% массы земной коры Золото, платина, серебро — драгоценные металлы, медь — цветной металл, алмаз — драгоценный камень, графит, сера, мышьяк 2. Сульфиды Около 200 минералов — 0,25 % массы земной коры Сфалерит — цинковая руда, галенит — свинцовая руда, халькопирит — медная руда, пирит — сырье для химической промышленности, киноварь — ртутная руда 3. Сульфаты Около 260 минералов, ~0,1% массы земной коры Гипс, ангидрит, барит — цементное сырье, поделочный камень и др. 4. Галлоиды Около 100 минералов Галит — каменная соль, сильвин — калийное удобрение, флюорит — фторид 5. Фосфаты Около 350 минералов — 0,7% массы земной коры Фосфорит — удобрение 6. Карбонаты Около 80 минералов, ~1,8% массы земной коры Кальцит, арагонит, доломит — строительный камень; сидерит, родохрозит — руды железа и марганца 7. Окислы Около 200 минералов, ~17% массы земной коры Вода, лед; кварц, халцедон, яшма, опал, кремень, корунд -драгоценные и полудрагоценные камни; бокситовые минералы — руды алюминия, минералы руд железа, олова, марганца, хрома и др. 8. Силикаты Около 800 минералов, ~80% земной коры Пироксены, амфиболы, полевые шпаты, слюды, серпентин, глинистые минералы — основные породообразующие минералы; гранаты, оливин, топаз, адуляр, амазонит — драгоценные и полудрагоценные камни
По генезису (происхождению) горные породыклассифицируют на магматические, метаморфические и осадочные. Из них толькомагматические породы являются первичными. Метаморфические и осадочные породыобразовались за счет изменения и разрушения магматических пород.
Магматические горные породы. Магматические горные породы, как ислагающие их минералы, формируются из магматического расплава при застываниимагмы в недрах (интрузивные) и на поверхности (эффузивные) Земли. Большинствомагматических пород сложено силикатными минералами и по содержанию в нихкремнекислоты (SiO2) делятся на кислые, средние, основные иультраосновные. В табл. III.4даны названия и характеристики главных представителей этих групп пород.
Таблица III.4
Магматические горные породы
Тип
магмы (лавы)
Содержание SiO2, % Окраска Интрузивные кристаллические Типичные минералы Эффузивные стекловатые Кислая > 65 Светлая пестрая, светло-серая Гранит
Кварц,
полевой шпат, биотит Липарит Средняя 65 — 52 Серая Диорит Плагиоклаз, роговая обманка, биотит Андезит Основная 52 — 45 Темно-серая Габбро Плагиоклаз, пироксен Базальт Ультраосновная Оливин,
пироксен Пикрит
Интрузивные магматические горные породы формируютсяпри застывании магмы на глубине. Процесс этот идет достаточно медленно, ивремени оказывается достаточно для роста кристаллов, поэтому интрузивные породыимеют кристаллическое строение. Эффузивные магматические породы образуются прибыстром остывании вырвавшейся на земную поверхность магмы (лавы), и кристаллыне успевают сформироваться, поэтому породы имеют стекловатое (т.е.некристаллическое) строение. Особую группу магматических образованийпредставляют собой жильные породы, с которыми связаны месторождения железа,меди, цинка, олова, золота, серебра, драгоценных камней и многих другихполезных ископаемых. Таким образом, интрузивные породы отличают от эффузивныхпо их внутреннему строению, а кислые, средние, основные и ультраосновные — поокраске, которая отражает содержание в породе SiO2, а дляинтрузивных пород — их минеральный состав.
Метаморфические горные породы. Метаморфические горные породыобразуются в результате сложных преобразований в составе и строении горныхпород в связи с воздействием на них высоких температур и давлений. С каждымтипом метаморфизма (региональным, дислокационным, контактном и ударном) связаныопределенные породы. С региональным, типичным для обширных платформенныхтерриторий, связан наиболее обширный спектр пород. Ближе к поверхности (но надостаточной глубине!) образуются породы так называемой зеленокаменной фации,содержащие много зеленого минерала хлорита. Наиболее типичны для этой зонысланцы — породы со сланцеватым строением и серпентиниты. Глубже, т.е. при болеевысоких температурах и давлении, формируются более плотные кристаллическиесланцы, гнейсы, амфиболиты и, как результат частичного переплавленияамфиболитов, — мигматиты[1]. На больших глубинах,близ границы раздела с мантией, возникают гранулиты[2]и эклогиты[3] — своеобразные плотныекристаллические породы с набором метаморфических минералов.
Динамометаморфизм (дислокационный) сопровождаетсяобразованием материала разрушения материнской породы, в котором присутствуютметаморфические новообразования (хлорит, тальк, слюда). Эти рыхлые породыназываются милонитами. Уплотняясь, милониты приобретают сланцеватое строение. Вэтой уже крепкой породе все минеральные зерна и их агрегаты расплюснуты. Такиепороды называют бластомилонитами.
При контактовом типе метаморфизма преобразованиюподвергаются породы, контактирующие с внедрившейся интрузией. Если вмещающейпородой являются известняки, а из магмы выделяется большое количество горячихминерализованных газов и паров воды, в зоне контакта образуетсяразнокристаллическая своеобразная порода, называемая скарном. Скарны — породы,являющиеся настоящей природной кладовой промышленных скоплений железа,вольфрама, олова, цинка и многих драгоценных камней. При простом обжиге пород вконтактной зоне образуются роговики.
Падение на Землю метеоритов вызывает процесс ударногометаморфизма. Разумеется, степень метаморфизма в таких зонах (астроблемах)максимальна в точке удара и конусовидно сокращается с глубиной. Породы,возникшие в результате ударного типа метаморфизма, объединены общим названием — импактиты. С ними связаны месторождения алмазов и гранатов.
Таким образом, метаморфические горные породы очень иочень разнообразны. Различать их может помочь знание особенностей строения инабора типично метаморфических минералов.
Осадочные горные породы. Осадочные горные породы формируютсяна поверхности Земли или чуть глубже из продуктов выветривания,жизнедеятельности организмов, посредством химической садки солей изперенасыщенных растворов. Особую группу пород составляют горючие полезныеископаемые. Осадочные породы покрывают около 75% поверхности континентов, иподавляющая их часть образовалась из осадков морских водоемов. По генетическомупризнаку их делят на четыре классификационные группы: обломочные; глинистые;химические и органогенные; каустобиолиты.
Обломочные породы сложены преимущественно продуктамифизического выветривания и подразделяются по величине слагающих их обломков на:грубообломочные (валуны, щебень, галька, гравий — рыхлые, конгломераты ибрекчии — сцементированные); среднеобломочные (пески и песчаники);мелкообломочные (алевриты и алевролиты). Нижний предел размера частиц,слагающих обломочные материалы, — 0,01 мм.
Глинистые породы состоят преимущественно из продуктовхимического выветривания и сложены частицами размером 0,01-0,001 мм и мельче.Кроме того, глинистые породы сложены глинистыми минералами, имеющимиспецифические свойства. Глинистые породы составляют около 50% массы всехосадочных пород. Окаменелая глина называется аргиллитом.
В четвертичных отложениях, особенно ледниковогопроисхождения, присутствуют песчано-глинистые (больше глины, чем песка) иглинисто-песчанистые (больше песка, чем глины), которые при содержании меньшейсоставной части около 30% называются суглинками и супесями соответственно.
Химические и органогенные породы по происхождению либоявляются химически осажденными, либо сформированы скелетными фрагментамиорганизмов. Некоторые породы этой группы могут быть как химического, так иорганогенного генезиса (карбонатные, кремнистые, фосфатные).В специфическихморских обстановках образуются железо-марганцевые, фосфоритовые, баритовыеконкреции, арагонитовые иглы и оолиты и другие минеральные образования. Вводоемах аридных (засушливых) зон формируются залежи хлоридных (каменная икалийная), сульфатных (гипс, ангидрит, барит), карбонатных (известняк,доломит) и других солей.
Горючие полезные ископаемые (каустобиолиты) образуютдва генетических ряда: угля и нефти. Ряд угля включает торф, лигнит, бурый икаменный уголь, антрацит. В нефтяной ряд входят все углеводородные газы, нефть,озокерит (горный воск), асфальт. Однако, антрацит, как и относящиеся к этойгруппе пород горючие сланцы, По-существу, являются метаморфическими породами ик осадочным отнесены условно.
Строение земной коры
Типы коры. В разных регионах соотношение междуразличными горными породами в земной коре различно, причем обнаруживаетсязависимость состава коры от характера рельефа и внутреннего строениятерритории. Результаты геофизических исследований и глубоко бурения позволиливыделить два основных и два переходных типа земной коры. Основные типымаркируют такие глобальные структурные элементы коры как континенты и океаны.Эти структуры прекрасно выражены в рельефе Земли, и им свойственныконтинентальныйи океанический типы коры (рис. III.6).
/>
Рис. III.6.Типы земной коры:
1 — вода, 2 — осадочный слой, 3 — переслаиваниеосадочных пород
и базальтов, 4 — базальты и кристаллическиеультраосновные породы,
5 — гранитно-метаморфический слой, 6 — гранулитово-базитовый слой,
7 — нормальная мантия, 8 — разуплотненная мантия
Континентальная кора развита под континентами и, какуже говорилось, имеет разную мощность. В пределах платформенных областей,соответствующих континентальным равнинам, это 35-40 км, в молодых горныхсооружениях — 55-70 км. Максимальная мощность земной коры — 70-75 км — установлена под Гималаями и Андами. В континентальной коре выделяются дветолщи: верхняя — осадочная и нижняя — консолидированная кора. Вконсолидированной коре присутствуют два разноскоростных слоя: верхний гранито-метаморфический[4],сложенный гранитами и гнейсами, и нижний гранулитово-базитовый[5],сложенный высокометаморфизированными основными породами типа габбро илиультраосновными магматическими породами. Гранито-метаморфический слой изучен покернам сверхглубоких скважин; гранулитово-базитовый — по геофизическим данным ирезультатам драгирования, что все еще делает его существование гипотетическим.
В нижней части верхнего слоя обнаруживается зонаослабленных пород, по составу и сейсмическим характеристикам мало чемотличающаяся от него. Причина ее возникновения — метаморфизм пород и ихразуплотнение за счет потери конституционной воды. Вполне вероятно, что породыгранулитово-базитового слоя — это все те же породы, но еще более высокометаморфизированные.
Океанская кора характерна для Мирового океана. Онаотличается от континентальной по мощности и составу. Мощность ее колеблется от5 до 12 км, составляя в среднем 6-7 км. Сверху вниз в океанской коре выделяютсятри слоя: верхний слой рыхлых морских осадочных пород до 1 км мощностью;средний, представленный переслаиванием базальтов, карбонатных и кремнистыхпород, мощностью 1-3 км; нижний, сложенный основными породами типа габбро,часто измененными метаморфизмом до амфиболитов, и ультраосновными амфиболитами,мощность 3,5-5 км. Первые два слоя пройдены буровыми скважинами, третийохарактеризован материалом драгирования.
Субокеанская кора развита под глубоководными котловинамиокраинных и внутренних морей (Черное, Средиземное, Охотское и др.), а такжеобнаружена в некоторых глубоких впадинах на суше (центральная частьПрикаспийской впадины). Мощность субокеанской коры 10-25 км, причем увеличенаона преимущественно за счет осадочного слоя, залегающего непосредственно нанижнем слое океанской коры.
Субконтинентальная кора характерна для островных дуг(Алеутской, Курильской, Южно-Антильской и др.) и окраин материков. По строениюона близка к континентальной коре, но имеет меньшую мощность — 20-30 км.Особенностью субконтинентальной коры является нечеткая граница между слоямиконсолидированных пород.
Таким образом, различные типы земной коры отчетливоразделяют Землю на океанические и континентальные блоки. Высокое положение континентовобъясняется более мощной и менее плотной земной корой, а погруженное положениеложа океанов — корой более тонкой, но более плотной и тяжелой. Область шельфаподстилается континентальной корой и является подводным окончанием материков.
Структурные элементы коры. Помимо деления на такие планетарныеструктурные элементы как океаны и континенты, земная кора (и литосфера)обнаруживает регионы сейсмичные (тектонически активные) и асейсмичные(спокойные). Спокойными являются внутренние области континентов и ложа океанов- континентальные и океанические платформы. Между платформами располагаютсяузкие сейсмичные зоны, которые маркируются вулканизмом, землетрясениями,тектоническими подвижками. Эти зоны соответствуют срединно-океаническим хребтами сочленениям островных дуг или окраинных горных хребтов и глубоководныхжелобов на периферии океана.
В океанах различают следующие структурные элементы:
— срединно-океанические хребты — подвижные пояса сосевыми рифтами типа грабенов;
— океанические платформы — спокойные областиабиссальных котловин с осложняющими их поднятиями.
На континентах основными структурными элементамиявляются:
— горные сооружения (орогены[6]),которые, подобно срединно-океаническим хребтам, могут обнаруживатьтектоническую активность;
— платформы — в основном спокойные в тектоническомотношении обширные территории с мощным чехлом осадочных горных пород (рис. III.3, б).
Горные сооружения имеют сложное внутреннее строение иисторию геологического развития. Среди них выделяются орогены, сложенныемолодыми допалеогеновыми морскими отложениями (Карпаты, Кавказ, Памир), иболее древние, сформированные из раннемезозойских, палеозойских и докембрийскихпород, испытавших складкообразовательные движения. Эти древние хребты былиденудированы, нередко до основания, а в новейшее время испытали вторичноеподнятие. Это возрожденные горы (Тянь-Шань, Алтай, Саяны, хребты Прибайкалья иЗабайкалья).
Горные сооружения разделяются и окаймляютсяпониженными территориями — межгорными прогибами и впадинами, которые заполненыпродуктами разрушения хребтов. Например, Большой Кавказ окаймленЗападно-Кубанским, Восточно-Кубанским и Терско-Каспийским передовымипрогибами, а от Малого Кавказа отделен Рионской и Куринской межгорными впадинами.
Но не все древние горные сооружения были вовлечены вповторное горообразование. Большая их часть после выравнивания медленноопускалась, была залита морем, и на реликты горных массивов наслоилась толщаморских осадков. Так сформировались платформы. В геологическом строенииплатформ всегда присутствуют два структурно-тектонических этажа: нижний,сложенный метаморфизированными остатками былых гор, являющий собой фундамент, иверхний, представленный осадочными горными породами (рис. III.7).
/>/>/>
Рис. III.7.Строение платформы
Платформы с докембрийским фундаментом считаютсядревними, а с палеозойским и раннемезозойским — молодыми. Молодые платформырасполагаются между древними или окаймляют их. Например, между древнимиВосточно-Европейской и Сибирской находится молодая Западно-Сибирская платформа,а на южной и юго-восточной окраине Восточно-Европейской платформы начинаютсямолодые Скифская и Туранская платформы. В пределах платформ выделяются крупныеструктуры антиклинального и синклинального профиля, именуемые антеклизами исинеклизами (рис. III.4).
Итак, платформы — это древние денудированные орогены,не затронутые более поздними (молодыми) горообразовательными движениями.
В противовес спокойным платформенным регионам на Землеимеются тектонически активные геосинклинальные области. Геосинклинальныйпроцесс можно сравнить с работой огромного глубинного котла, где изультраосновной и основной магмы и материала литосферы “варится” новая легкаяконтинентальная кора, которая, всплывая, наращивает континенты в окраинных(Тихоокеанская) и спаивает их в межконтинентальных (Средиземноморская)геосинклиналях. Этот процесс завершается формированием складчатых горныхсооружений, в сводовой части которых еще долгое время могут работать вулканы.Со временем рост гор прекращается, вулканизм затухает, земная кора вступает вновый цикл своего развития: начинается выравнивание горного сооружения.
Таким образом, там, где сейчас располагаются горныецепи, раньше были геосинклинали. Крупные структуры антиклинального исинклинального профиля в геосинклинальных регионах называются антиклинориями исинклинориями (рис. III.4).
Литература:
1. Козловский Е.А.Новое о строении земной коры. М.: Знание, 1988. 40 с.
2. Короновский Н.В.,Якушова А.Ф. Основы геологии. М.: Высшая школа, 1991. 416 с.
3. Якушова А.Ф.,Хаим В.Е., Славин В.И. Общая геология. М.: Изд-во МГУ, 1988. 447 с.