ЛЕКЦИЯ СЕМНАДЦАТАЯ

ЗЕМНАЯ КОРА

Оболочка Земли, лежащая выше границы, обнаруженной югославским сейсмологом А. Мохоровичичем, носит название коры (литосферы). Граница Мохоровичича - это поверхность так называемого сейсмического раздела. На этой границе скорость распространения продольных упругих (сейсмических) волн при прохождении от поверхности Земли увеличивается от 6300 м/с до 7800 м/с, а поперечных - от 3700 м/с до 4300 м/с. Средняя толщина коры 33 км. Под океанами она тоньше (5-15 км), под материками - толще (20-75 км) (лекция 15).

Материковая кора сложена в основном из гранитов. Океаническая - из базальтов. Граниты содержат больше двуокиси кремния (SiO₂) и меньше железа и магния, чем базальты. Информация о составе земной коры может быть получена различными методами. Анализируются керны извлеченных с помощью глубинного бурения пород (таблица 17.1), изливающаяся при землетрясениях магма.

В таблице 17.2 приведены данные о химическом составе коры Земли и Луны, а также метеоритов.

Породы земной коры по происхождению делятся на три типа: изверженные, образованные при застывании магмы; осадочные, возникшие при осаждении частиц, разрушенных ветром и водой; метаморфические, сформированные из изверженных и осадочных пород.

Все три типа пород образуют слоистую структуру земной коры (рис. 17.1).

152

Таблица 17.1

Характеристики некоторых глубоких и сверхглубоких скважин

Название	Регион	Преобладающие породы	Достигнутая глубина, м	Температура в забое, °С
Берта Роджерс	Оклахома (США)	Осадочные	9583	260
Кольская	Кольский полуостров (Россия)	Магматические и метаморфические	12 261	212
Саатлинская	Куринская впадина (Азербайджан)	Осадочные и вулканические	8324	148
Криворожская	Кривой Рог (Украина)	Метаморфические	5382	85
Воротиловская	Поволжье (Россия)	Породы ударного метаморфизма (метеорит)	5374	96
Тырныаузская	Северный Кавказ (Россия)	Граниты	4001	223
Уральская	Средний Урал (Россия)	Осадочные и вулканические	5355 (бурение продолжается)	81
Тимано-Печорская	Северо-восток европейской части России	Осадочные	6904	129
Тюменская	Западная Сибирь (Россия)	Осадочные и вулканические	7502	230
КТБ-Оберпфальц	Бавария (Германия)	Осадочные и метаморфические	9901	300

Таблица 17.2

Сравнение химических составов земной и лунной коры и метеоритов (в весовых процентах)

Элемент	Земная кора	Лунная кора	Метеориты (в среднем)
О	46,6	42,0	33,0
Si	27,7	21,0	17,0
А1	8,1	4,8	1,1
Fe	5,0	13,0	28,6
Mg	2,1	4,8	13,8
Са	3,6	6,8	1,4
Na	2,8	0,4	0,7
К	2,6	0,2	0,1
Ti	0,4	6,0	0,1
Ni	0,01	0,02	1,7

153

Выделяют три основных слоя: осадочный, гранитный и базальтовый. Постоянные движения литосферы в вертикальном и горизонтальном направлениях делают эту слоистость достаточно условной. Осадочная оболочка прерывиста, покрывает не всю поверхность. Толщина ее достигает 10-15 км. Ниже залегает слой, сложенный гранитами, базальтом, метаморфическими породами. Излияния базальта через глубокие разломы земной коры послужили основанием для утверждения о том, что под гранитным слоем залегает слой, состоящий из более тяжелой, чем гранит, базальтовой породы.

Гранитный слой отсутствует на большой площади в центральной части Тихого океана и в отдельных наиболее глубоких областях Атлантического океана. Здесь на поверхность океанического дна выходит непосредственно базальтовый слой. Мощность этого слоя под материками колеблется от 10 до 40 км.

Изверженные, или магматические, породы составляют около 50% общей массы горных пород. В основе их классификации лежит содержание двуокиси кремния (кремнезема SiO₂). К ним относятся так называемые ультраосновные (менее 45%), основные (45-55%), средние (55-65%) и кислые (более 65%) породы. К основным относятся базальты, к кислым - граниты.

Осадочные породы делятся на четыре группы:

• 1) обломочные, образованные из продуктов разрушения любых горных пород (к ним относятся галька, щебень и т.п.);
• 2) глинистые (морские, озерные, речные, ледниковые), составляющие до 70% всех осадочных пород;
• 3) химические осадки, выпадающие из растворов или образующиеся на суше при химическом выветривании;
• 4) органогенные осадочные породы, обязанные происхождением жизнедеятельности организмов.

154

Породы последних двух групп практически неразличимы, так как их образование связано, чаще всего, с жизнедеятельностью живых организмов. К этим группам относятся такие породы, как известняки, бокситы и др. Особо отметим группу органогенных минералов: торф, бурый и каменный уголь, нефть, асфальт и ряд других.

Метаморфические породы образуются в глубинных слоях литосферы при перекристаллизации, изменении первоначального состава магматических и осадочных пород в условиях высоких температур и давлений с участием газов и растворов. К этим породам относятся кварциты, мрамор и др. Горные породы содержат различное количество радиоактивных элементов и вносят разный вклад в тепловое поле Земли (табл. 17.3).

Земная кора находится в постоянном движении как в горизонтальном, так и вертикальном направлениях. Оценки показывают, что средние скорости смещения в зонах повышенной сейсмической активности достигают 0,3 мм в год, в спокойных - 0,05 мм в год. Горизонтальные движения земной коры осуществляются крупными блоками. В середине XIX века Снайдер выдвинул гипотезу дрейфа континентов, получившую развитие уже в наше время.

Издавна сходство очертаний западного берега Африки и восточного берега Южной Америки считали свидетельством разделения единого материка. Еще в 1620 году Ф. Бэкон объяснял это совпадение возможной связью двух континентов в далеком прошлом. Кроме того, сходство не только очертаний, но и ископаемых растений и месторождений угля, непрерывность реликтовых горных хребтов дало основание для гипотезы образования Атлантики вследствие раскола праматерика и раздвижения осколков.

Таблица 17.3

Радиоактивные изотопы в земной коре

Породы	Содержание, весовых %			Выделяемая энергия, микроватт на кубометр
	Уран	Торий	Калий
Осадочные породы	0,00025	0,0001	2,0	1,3
Граниты	0,00035	0,0014	2,8	2,1
Базальты	0,00009	0,0004	1,0	0,6

155

Современные данные позволили сформулировать гипотезу, что в истории Земли континенты не менее пяти раз объединялись в суперконтиненты, образуя поочередно Лаурентию (1,9 миллиарда лет назад), безымянный (1,5 миллиарда лет назад), Роднию (1 миллиард лет назад), Гондвану (650 миллионов лет назад) и Пангею (250 миллионов лет назад).

Под влиянием данных об изменении направления магнитного поля Земли (лекция 16) и сведений о строении океанического дна гипотеза дрейфа континентов получила новое развитие. Карта районов землетрясений показывает, что они образуют узкие длинные зоны, разделяющие сейсмически активный верхний слой Земли на стабильные участки - литосферные плиты (рис. 17.2).

Внутри плит землетрясений не бывает. Зоны, ограничивающие плиты, образованы срединно-океаническими хребтами и глубокими океаническими желобами. По этим зонам расположено большинство действующих вулканов. Длина таких цепей вулканов составляет около 37 тысяч километров. На каждом километре за 1 миллион лет извергается до 40 кубических километров нового силикатного материала.

Сегодня принято, что земная кора состоит примерно из 15 жестких плит. Из них 6-7 - крупные, сталкивающиеся, погружающиеся и надвигающиеся одна на другую. Эти плиты, имеющие толщину 75-150 км, "плавают" на мантии. Вместе с плитами перемещаются континенты.

В последнее время появилась возможность измерить мельчайшие колебания поверхности Земли, изменение скорости ее обращения вокруг оси. Из двух удаленных

156

друг от друга точек поверхности Земли наблюдают за одним и тем же источником во Вселенной. Этот источник должен быть неподвижен для наблюдателя. В качестве источника в последних исследованиях используют квазары (очень яркие источники электромагнитного излучения, находящиеся на самом краю видимой Вселенной, лекция 12). Наблюдения ведутся с двух радиотелескопов, расположенных в тысячах километров друг от друга.

По этим и другим данным установлено, что Красное море расширяется со скоростью 1 см в год, Хребет Петра Великого на Памире движется в сторону Гиссарского хребта со скоростью около 2 см в год. По палеомагнитным данным Великобритания за последние 200 миллионов лет развернулась по часовой стрелке примерно на 30° и сместилась к северу.

В современном строении земной коры запечатлены результаты сложной и длительной геологической истории, в течение которой происходили закономерные изменения внутреннего строения и состава земной коры, рельефа поверхности, органического мира и его влияния на кору.

В соответствии с геохронологической шкалой, принятой в 1881 году, для определения относительного возраста пород введены термины эра (чрезвычайно продолжительный промежуток времени, сотни миллионов лет), период, эпоха, век, время.

Древнейшие времена в истории Земли, начинающиеся образованием первых осадочных пород, называют архейской эрой (гр. arhaios - первоначальный, древний). В образованиях архейской эры присутствуют углерод в виде графита и мощные слои известняка, скорее всего, образовавшиеся из органического известкового ила. Это дает основания считать, что во второй период (верхний по геологической терминологии) уже появилась жизнь. Начало архейской эры отстоит от нас не менее чем на 2 миллиарда лет. Именно в это время началось формирование жизни на Земле.

Следующий отрезок времени, в течение которого образовались осадочные породы, не так сильно измененные, как архейские, и содержащие уже явные остатки

157

растений и животных, называют протерозойской (ранней) эрой (от гр. proteros - более ранний, zoe - жизнь). Эта эра имела продолжительность не менее 600 миллионов лет.

После протерозойской эры начинается палеозойская эра, эра древней жизни (от гр. palaios - древний), уже содержащая многочисленные остатки разнообразной и быстро развивающейся жизни. Они позволяют делить эту эру на периоды: кембрийский, силурийский, девонский, каменноугольный и пермский.

В кембрийском периоде жизнь сосредотачивалась в воде, суша представляла собой пустыни. Появились ракообразные, из растений господствовали водоросли.

Силурийский период заканчивает господство морской жизни. Появляются первые сухопутные животные (скорпионы) и растения.

Девонский период отличается значительным распространением наземных растений.

Во время каменноугольного периода возникло необычайное разнообразие наземных растений, образовались огромные леса, создавшие мощные и многочисленные пласты каменного угля.

Пермский период, в противоположность каменноугольному, характеризуется сухим и холодным климатом, вызвавшим обширное оледенение в южном полушарии, развитие пустынь, сокращение морей, образование мощных отложений солей в северном полушарии.

Палеозойская эра имела продолжительность не менее 300 миллионов лет.

Следующая эра - мезозойская (от гр. mesos - средний, промежуточный) - делится на периоды: триасовый, юрский и меловой. Она отличается сильным развитием пресмыкающихся, моллюсков, хвойных растений.

Триасовый период был временем относительного спокойствия земной коры. В конце периода появились первые млекопитающие.

Юрский период характеризуется развитием горообразовательных процессов, распространением земной флоры. По запасам угля он стоит на втором месте после каменноугольного. Пресмыкающиеся достигли господства на суше и в морях. Появились первые птицы.

158

Меловой период характерен дальнейшим усилением горообразования. Появились первые лиственные деревья.

Мезозойская эра имеет продолжительность не менее 100 миллионов лет.

За ней следует кайнозойская эра (от гр. kainos - новый), или эра новой жизни, начавшаяся около 70 миллионов лет назад. Она делится на два периода: третичный и четвертичный.

В течение этой эры земная поверхность, распределение материков и океанов, возвышенностей и низменностей дошли до современного состояния. Место пресмыкающихся, господствовавших в мезозойской эре, заняли млекопитающие и птицы. В конце эры появился человек.

Во время третичного периода рельеф Земли приблизился к современному виду. К этому времени относят первую эпоху оледенения.

Четвертичный период, продолжающийся и в настоящее время, характеризуется сменами похолодания и потепления (три ледниковых эпохи). В середине четвертичного периода появился человек.

Эволюция земной коры и эволюция живого на ней взаимосвязаны и взаимозависимы. На весь ход миграции химических элементов, структуру коры все сильнее влияло живое вещество.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Каковы критерии определения границ земной коры? Отличается ли кора под материками от коры под океанами?
2. Сравните химический состав земной коры, коры Луны, состав метеоритов. Какие выводы можно сделать?
3. Из каких пород построена литосфера?
4. Почему естественный радиационный фон в кирпичных и деревянных домах ниже, чем в каменных?
5. В чем состоит гипотеза дрейфа континентов? Какие данные дают основание предполагать ее обоснованность?
6. Что такое эра, период, эпоха, век, время в геохронологической шкале? Дайте определение сегодняшнего этапа истории Земли по геохронологической шкале.

159