Вещественный состав земной коры
Содержание
Введение
Глава 1. Ранние этапы формирования земной коры
Глава 2.Вещественный состав земной коры
2.1 Химический и состав земной коры
2.2 Минералогический состав земной коры
2.3 Горные породы
Заключение
Список литературы
Введение
Непосредственному наблюдению доступны лишь верхние горизонты земной коры, которые формировались последние несколько миллиардов лет. Все этапы развития земной коры ознаменовались определёнными формированиями различных типов земной коры: континентальной и океанической. Земную кору - верхнюю твердую оболочку Земли слагают различные генетические типы горных пород (магматические, осадочные и метаморфические), состоящие из определенного сочетания минералов, в состав которых входят различные химические элементы. Изучая такую иерархию - химические элементы > минералы > горные породы, можно судить о строении земной коры в различных структурных зонах.
На первых этапах геофизических исследований выделялись два основных типа земной коры: ) континентальный и 2) океанский, резко отличающиеся друг от друга строением и мощностью слагающих пород.
В последующем стали выделять два переходных типа: 1) субконтинентальный и 2) субокеанский.
Это и является основным критерием в изучении строения земной коры. Наиболее глубокие буровые скважины проникают в толщу Землю пока не более чем на 7-12 км. Шахты лишь в единичных случаях достигают глубин порядка 2 км. Таким образом, непосредственному изучению в самом благоприятном случае доступна лишь тонкая поверхностная оболочка земного шара толщиною не более 0,1% от радиуса Земли. Проникновение в более глубокие части земного шара пока является нереальным. Поэтому было необходимо изыскать косвенные методы, с помощью которых можно было бы судить о составе и строении глубин Земли. С этой целью было предложено несколько путей: сейсмический метод и гравиметрический методы исследования. Целью работы является изучение строения, минералогического и петрографического составов земной коры. Для достижения цели были поставлены следующие задачи: 1) Изучение общих сведений о строении земной коры; 2) Изучение минералогического и петрографического составов земной коры.
Глава 1. Ранние этапы формирования земной коры
Катархейский этап (5,0 - 4,5 млрд. лет) ознаменовался формированием первичной океанической коры. В течение этого этапа в результате деятельности многочисленных вулканов и трещинных излияний образовалась первичная базальтовая оболочка Земли. Эта оболочка, по мнению ученых, была похожа на современную кору Луны. Однако этот наиболее ранний земной ландшафт уже тогда существенно отличался от лунного. Земля на этом этапе приобрела и затем, в отличие от Луны, сохранила водную и газовую оболочки.
Водная оболочка первоначально могла покрывать всю поверхность Земли, кроме вулканических архипелагов, т. е. создавалась картина, похожая на современную центральную часть Тихого океана. При этом первичный океан напоминал современные океаны, но отличался меньшей глубиной - порядка 1,5-2 км. Однако древнейшая базальтовая оболочка после своего образования подверглась сильным изменениям. На первичный базальтовый слой давила весьма значительная нагрузка более молодых образований, а снизу из мантии на него воздействовал тепловой поток, а также внедрялись газообразные и жидкие вещества. В ходе этих процессов метаморфизма и должны были образоваться сильно измененные породы - гранулиты.
Первичная базальтовая оболочка Земли могла сохраниться от последующего уничтожения в пределах современных древних платформ, где ей может соответствовать самый глубокий слой земной коры или даже верхняя часть мантии. Окончательно природа этого слоя может быть установлена лишь с помощью глубинного бурения.
Архейский этап (4,5 - 4,0-3,5 млрд. лет). В этот промежуток времени формируется первичная континентальная кора. Некоторые исследователи считают древнейшими породами земной коры сильно метаморфизированные основные вулканические породы типа так называемой кивотинской серии, залегающие близ озера Верхнего в пределах Канадского щита. Но уже несколько лет назад стало выясняться, что во многих районах земного шара в щитах древних платформ ниже пород, аналогичных кивотинской серии, залегают граниты и гнейсы возрастом 3,5 млрд. лет. Есть основания полагать, что эти гранитогнейсовые породы, или гранитоиды, распространены в пределах всех древних платформ. Видимо, в это время процессы гранитизации охватили всю планету. Откуда взялись эти древнейшие гранитоиды, пока не вполне ясно.
Таковы наиболее ранние этапы развития земной коры, о которых можно лишь высказать более или менее правдоподобные предположения; следующие этапы устанавливаются лучше, достовернее.
Позднеархейский - раннепротерозойский этап (3,5 - 2,0 млрд. лет).На этом этапе продолжалось наращивание земной коры: на ее поверхности со временем накапливались мощные вулканические и осадочные толщи. За время течения этапа процессы резкого изменения пород, т. е. метаморфизма и гранитизации, а также образование складчатости проявились дважды - на рубежах около 2,6 и 2,0 млрд. лет назад; это дает основание выделить два подэтапа: позднеархейский и раннепротерозойский.
Втечение первого подэтапа в результате главным образом подводных извержений накапливались мощные толщи вулканических пород преимущественно базальтового состава. Наряду с ними накапливаются и осадочные толщи, нередко со значительным содержанием кварца. Мощность осадочных толщ, например, на Канадском щите местами огромна - она достигает 6-9 км. Следовательно, уже на данной стадии развития коры существовали и разрушались достаточно крупные ее поднятия, сложенные гранитогнейсовыми породами.
Однако, как показывают исследования, проведенные в последнее время, в архее намечаются глубинные разломы и более жесткие структуры с осадками и лавами разного состава. В результате процессов складчатости, метаморфизма и гранитизации обширные площади, поднявшиеся над уровнем океана, объединились в первичные материки, или протоконтиненты.
Однако в начале раннепротерозойского подэтапа объединение сменилось раздроблением коры, при этом обособились относительно устойчивые глыбы земной коры. Эти глыбы (иногда их называют протоплатформами) включают и более древние жесткие ядра из пород гранитогнейсового состава. Большинство будущих древних платформ возникло в результате слияния ряда таких глыб, или массивов, разделенных узкими (в десятки километров), но длинными прогибами. Наряду с узкими прогибами существовали и более широкие подвижные пояса, сохранившие свою подвижность и на следующих этапах геологической истории.
Но высоких гор, от разрушения которых образуется обломочный материал, на месте геосинклиналей того времени еще не возникло. Раннепротерозойское время закончилось новой эпохой складчатости, метаморфизма и гранитизации.Первичный гранитогнейсовый слой еще раз увеличился таким образом; его формирование в пределах современных древних платформ на этом по существу закончилось.
Отметим, что тектонические процессы в раннем протерозое сопровождались выносом из мантии и более глубоких горизонтов коры значительных количеств естественнорадиоактивных элементов - урана, тория, калия, которые концентрировались в гранитоидах и в обломочных толщах.
Конец раннего протерозоя - 2 млрд. лет до н. э. - оказался очень важным рубежом в тектонической истории Земли. К этому времени в основном закончились процессы изменения общего характера развития литосферы, начавшиеся на рубеже 2,5 млрд. лет, поэтому ранний протерозой можно считать переходным этапом в развитии земной коры.
Среднепротерозойский этап (2,0-1,4 млрд. лет). Этот этап, в течение которого продолжалось развитие континентальной коры, относительно плохо «документирован» осадками и потому с трудом поддается расшифровке. Как постепенно проясняется в последние годы, эволюция коры на протяжении этого периода подразделялась, видимо, на два подэтапа.
В течение первого подэтапа (2-1,7 млрд. лет), соответствующего среднему протерозою, еще «доживали» отдельные геосинклинальные системы, заложенные в раннем протерозое, а также развивались узкие прогибы. земная кора минералогический горный
Этот процесс завершился новой эпохой складчатости, вулканизма и движений коры в интервале примерно 1,7-1,6 млрд. лет, при этом формировались толщи из излившихся и глубинных (интрузивных) пород, включающие кислые лавы и граниты типа рапакиви. (Эти красные граниты выступают, в частности, в Выборгском массиве на Карельском перешейке; ими облицованы набережные, и из них высечены постаменты многих памятников в Ленинграде.)
Эти очаги магматизма в пределах самой земной коры свидетельствуют о ее разогреве (вплоть до нижней части гранитного слоя) под воздействием все еще высокого теплового потока из глубоких недр. Благодаря частичному плавлению гранитного слоя и насыщению его щелочными растворами повышалась однородность фундамента будущих древних платформ.
На втором подэтапе (1,7-1,4 млрд. лет) на площади современных континентов преобладали поднятия, в ходе которых к началу позднего протерозоя, вероятно, сформировался огромный континентальный платформенный, массив - «Большая Земля», занимавший все континентальное полушарие Земли. Предположение о его существовании теперь подтверждается данными радиогеохронометрии. Таким образом каждый этап формирования земной коры является важным для развития всей планеты. Катархейский этап (5,0-4,5 млрд. лет) ознаменовался формированием первичной океанической коры, архейский этап (4,5-4,0-3,5 млрд. лет) - формированием первичной континентальной коры. Во все последующие этапы шло глобальное формирование земной коры вплоть до современности.
Глава 2 Вещественный состав земной коры
2.1 Химический и состав земной коры
Земную кору - верхнюю твердую оболочку Земли слагают различные генетические типы горных пород (магматические, осадочные и метаморфические), состоящие из определенного сочетания минералов, в состав которых входят различные химические элементы. Изучая такую иерархию - химические элементы > минералы > горные породы, можно судить о строении земной коры в различных структурных зонах. Ниже рассматриваются все указанные части вещественного состава земной коры.
Химические изменения в земной коре определяются преимущественно геохимической историей главных породообразующих элементов, содержание которых составляет свыше 1%. Вычисления среднего химического состава земной коры проводились многими исследователями как за рубежом (Ф. Кларк, Г. С. Вашингтон, В. М. Гольдшмидт, Ф.Тейлор, В. Мейсон и др.), так и в Советском Союзе (В.И.Вернадский, А. Е. Ферсман, А. П. Виноградов, А. А. Ярошевский и др.) (таблица 1). Сопоставляя приведенные данные, видно, что земная кора больше чем на 98% сложена О, Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na, К, при этом свыше 80% составляют кислород, кремний и алюминий, в отличие от среднего состава Земли, где содержание их резко уменьшается. Особенно высоко содержание кислорода, поэтому В. М. Гольдшмидт называет земную кору оксисферой, или кислородной оболочкой Земли (рисунок 2.1).
Таблица 1 - Распространение главнейших элементов в земной коре (в процентах, %)
2.2 Минералогический состав земной коры
Минералами называются природные химические соединения или отдельные химические элементы, возникшие в результате физико-химических процессов, происходящих в Земле. В земной коре минералы находятся преимущественно в кристаллическом состоянии, и лишь незначительная часть - в аморфном.
Количество известных в настоящее время минералов превышает 2000. Их можно группировать по разным признакам. В основе принятой в настоящее время классификации минералов лежат химический состав и структура. Большое внимание уделяется также генезису (греч. "генезис" - происхождение), что позволяет познавать закономерности распространения минералов в земной коре. Наиболее широко распространенные минералы, принадлежащие к классам: самородных элементов, сульфидов, галоидных соединений, оксидов и гидроксидов, карбонатов, сульфатов, фосфатов и силикатов: Классы самородных элементов и сульфидов. Минералы этих классов не относятся к породообразующим, но многие из них являются ценными полезными ископаемыми: сера, графит, галенит, сфалерит, пирит; 2. Класс галоидных соединений. К нему относятся минералы, представляющие соли фтористо-, бромисто-, хлористо-, йодистоводородных кислот. Наиболее распространенными минералами этого класса являются хлориды, образующиеся главным образом при испарении вод поверхностных бассейнов. Известны выделения хлоридов и из вулканических газов. Сюда относятся: галит, сильвин, флюорит; Класс оксидов и гидроксидов. По количеству входящих в него минералов занимает одно из первых мест: на его долю приходится около 17% всей массы земной коры. Из них около 12,5% составляют оксиды кремния и 3,9% - оксиды железа. Минералы этого класса образуются как в эндогенных, так и в экзогенных условиях: кварц, халцедон, опал, гематит, магнетит, лимонит, боксит. Класс карбонатов объединяет большое число минералов, для которых характерна реакция с соляной кислотой, сопровождающаяся выделением углекислого газа. Интенсивность реакции помогает различать минералы - карбонаты, близкие по многим свойствам. Они часто светлоокрашенные, со стеклянным блеском; твердостью 3 - 4,5; спайностью, совершенной в трех направлениях, параллельных граням ромбоэдра. Рассматриваемые ниже минералы кристаллизуются в тригональной подсингонии. Образование карбонатов связано главным образом с поверхностными химическими и биохимическими процессами, а также с метаморфическими и гидротермальными: кальцит, доломит, сидерит. Минералы класса сульфатов осаждаются в поверхностных водоемах, образуются при окислении сульфидов и серы в зонах выветривания, реже связаны с вулканической деятельностью: ангидрит, гипс. Класс фосфатов. Наиболее распространенным минералом является апатит. В поверхностных условиях возникает скрытокристаллический минерал того же состава - фосфорит; . Класс силикатов. Минералы этого класса широко распространены в земной коре (свыше 78%). Они образуются преимущественно в эндогенных условиях, будучи связаны с различными проявлениями магматизма и с метаморфическими процессами. Лишь немногие из них возникают в экзогенных условиях. Многие минералы этого класса являются породообразующими магматических и метаморфических горных пород, реже осадочных: оливин, гиперстен, авгит, роговая обманка, слюды, биотит, мусковит, тальк, каолинит, глауконит.