Тема «Литосфера»
в 7-м классе
К.С. ЛАЗАРЕВИЧ
Как провести грамотные,
интересные и содержательные уроки
по предстоящим темам
Границы литосферы
Курс географии в 7-м классе начинается с того, что ученики возвращаются к темам, казалось бы, изученным в 6-м классе, - литосфера, атмосфера, гидросфера. Такое начало курса уже показывает, насколько ненадежны, зыбки знания, полученные в первый год обучения географии. И для 7-го класса эти темы достаточно сложны, о 6-м же и говорить не приходится. Постараемся проанализировать те трудности, которые встречаются в первых темах 7-го класса. При этом будем возвращаться к учебникам предыдущего года обучения, уточнять и исправлять некоторые положения, встречающиеся там.
 |
|
 |
 |
Термин литосфера
употребляется в
науке давно - вероятно, с середины XIX в. Но
современное значение он приобрел менее полувека
назад. Еще в геологическом словаре издания 1955 г.
сказано:
ЛИТОСФЕРА - то же, что земная кора
.
В словаре издания 1973 г. и в последующих уже
читаем:
ЛИТОСФЕРА... в современном понимании включает
земную кору... и жесткую верхнюю часть верхней
мантии Земли.
Обращаем внимание читателей на формулировку: верхнюю часть верхней мантии . Между тем в одном из учебников на рисунке указано: «Литосфера (земная кора и верхняя мантия)», а согласно рисунку получается, что вся мантия, которая не входит в состав литосферы, - нижняя (Крылова 6, с. 50, рис. 30). Кстати, в том же учебнике в тексте (с. 49) и в учебнике для 7-го класса (Крылова 7, с. 9) все верно: сказано о верхней части мантии. Верхняя мантия - это геологический термин, обозначающий очень большой слой; верхняя мантия имеет мощность (толщину) до 500, по некоторым классификациям - свыше 900 км, а в состав литосферы входят лишь верхние от нескольких десятков до двух сотен километров. Всё это трудно не только для учеников, но и для учителей. Лучше было бы вообще отказаться в школе от термина литосфера , ограничившись упоминанием земной коры; но тут возникают литосферные плиты, и без литосферы уже никак. Возможно, поможет рис. 1, его нетрудно перечертить в увеличенном виде. Говоря о литосфере, нужно твердо помнить, что в ее состав входят земная кора и верхний, сравнительно тонкий слой мантии, но не верхняя мантия - последний термин гораздо шире.
Слои литосферы
Земную кору с упорством, достойным лучшего
применения, во всех учебниках продолжают делить
на три слоя - осадочный, гранитный и базальтовый.
А пора бы уже и сменить пластинку.
Бо’льшая часть сведений о глубинном строении
Земли получена по косвенным, геофизическим
данным - по скоростям распространения
сейсмических волн, по изменениям величины и
направления силы тяжести (ничтожным, уловимым
только очень точными приборами), по магнитным
свойствам и величине электропроводности пород.
Масса плотных пород в одном и том же объеме
больше, чем пород менее плотных, они создают
увеличенное поле тяготения. В плотных породах
ударные волны проходят быстрее (вспомните, что в
воде звук распространяется заметно быстрее, чем
в воздухе). Проходя через породы с разными
физическим свойствами, волны отражаются,
преломляются, поглощаются. Волны бывают
поперечные и продольные, скорости их
распространения различны. Исследуют прохождение
природных ударных волн при землетрясениях,
создают эти волны искусственно, производя взрывы .
Из всех этих данных складывается картина
распределения по площади и в глубину пород с
разными физическими свойствами. На ее основе
создают модель строения недр Земли: подбирают
горные породы, физические свойства которых более
или менее совпадают со свойствами, определенными
при помощи косвенных методов, и мысленно
помещают эти породы на соответствующую глубину.
Когда удается пробурить скважину до глубины,
прежде недоступной, или получить какие-нибудь
другие достоверные данные, эта модель
подтверждается полностью или частично. Бывает
же, что и не подтверждается вообще, приходится
строить новую. Ведь отнюдь не исключено, что на
глубине залегают породы, каких мы на поверхности
вообще не встречаем, или что на глубине, при
высоких температуре и давлении, до
неузнаваемости изменятся свойства хорошо
известных нам пород.
В 1909 г. сербский геофизик Андрей Мохоро’вичич
заметил, что на глубине 54 км резко,
скачкообразно возрастают скорости сейсмических
волн. В дальнейшем этот скачок был прослежен по
всему земному шару на глубинах от 5 до 90 км и
известен ныне как граница (или поверхность)
Мохоровичича, короче - граница Мохо, еще короче
- граница М. Поверхность М считают нижней
границей земной коры. Важная особенность этой
поверхности состоит в том, что она в общих чертах
представляет собой как бы зеркальное отражение
рельефа земной поверхности: под океанами она
выше, под континентальными равнинами ниже, под
наиболее высокими горами опускается ниже всего
(это так называемые корни гор
).
Эту особенность земной коры, наверное, нетрудно
будет объяснить школьникам, пустив плавать в
прозрачном сосуде с водой несколько разных по
форме деревяшек, желательно тяжелых, чтобы
уходили в воду на 2 / 3 - 3 / 4 ;
те из них, которые выше выступают над водой,
окажутся и глубже погруженными (рис. 2).
|
Рис. 2.
|
Согласно традиционному представлению о строении земной коры, о котором можно прочитать в любом учебнике, в составе земной коры принято выделять три основных слоя. Верхний из них сложен преимущественно осадочными породами и называется осадочным. Два нижних слоя носят названия «гранитный» и «базальтовый». Соответственно, выделяют и два типа земной коры. Континентальная кора содержит все три слоя и имеет мощность 35-50 км, под горами до 90 км. В океанической коре осадочный слой имеет значительно меньшую мощность, а средний, «гранитный» слой отсутствует; мощность океанической коры - 5-10 км (рис. 3). Между «гранитным» и «базальтовым» слоями лежит граница Конрада, названная по фамилии открывшего ее австрийского геофизика; в школьных учебниках ее не упоминают.
Но исследования последних двух
десятилетий показали, что эта стройная, легко
запоминающаяся схема плохо согласуется с
действительностью. «Гранитный» и «базальтовый»
слои состоят преимущественно из магматических и
метаморфических пород. На границе Конрада
происходит скачкообразное увеличение скоростей
сейсмических волн. Такого увеличения скоростей
можно ожидать при переходе волн из пород с
плотностью 2,7 в породы с плотностью 3 г/см 3 ,
что примерно соответствует плотностям гранита и
базальта. Поэтому вышележащий слой назвали
«гранитным», а нижележащий «базальтовым». Но
обратите внимание: эти названия везде в кавычках.
Геофизики не считали эти слои состоящими из
гранита и базальта, они лишь говорили о некоторой
аналогии. Однако даже многие геологи не
удержались от соблазна счесть, что «гранитный»
слой - действительно из гранита, а «базальтовый»
- из базальта. Что уж говорить об авторах
школьных учебников!
Коринская, с. 20, рис. 8. Подписи к условным
знакам: «Слой осадочных пород. Слой гранита. Слой
базальта».
Петрова, с. 47-48. «Мы входим в гранитный слой
Земли. Гранит... образовался из магмы в толще
земной коры... Вступаем в слой базальта - горной
породы глубинного происхождения». (Кстати, это
неверно: базальт не глубинная, а излившаяся
порода.)
Финаров, с. 15 и Крылова 7, с. 10, рис. 1 -
гранитный и базальтовый слои названы без
кавычек, и ученик ясно видит, что они состоят из
этих горных пород.
Необходимая оговорка сделана лишь в одном
учебнике, но достаточна ли она, чтобы на нее
обратили внимание?
«В материковой [коре] залегает слой, который
называется гранитным
. Он сложен
магматическими и метаморфическими породами,
близкими по составу и плотности к гранитам...
Нижним слоем земной коры является слой, условно
названный базальтовым
; он... состоит из
пород, плотность которых близка к базальтам»
(Крылова, Герасимова, с. 10).
Одной из задач Кольской сверхглубокой скважины было достижение границы Конрада,
которая, согласно геофизическим данным, залегает
в этом месте на глубине 7-8 км. И пожалуй,
важнейшим геологическим результатом бурения
оказалось доказательство отсутствия границы
Конрада в ее геологическом понимании: в каких
породах скважина шла выше установленной
геофизиками границы, в таких же прошла она и
несколькими километрами ниже ее.
Да и геофизическая судьба у границы Конрада оказалась не такая славная, как у границы Мохоровичича. Кое-где ее выделили уверенно, в других местах - менее уверенно (то ли она одна, то ли не одна), где-то вообще не нашли. Появилась необходимость отказаться от терминов «гранитный слой» и «базальтовый слой», хотя бы и в кавычках, и признать, что границы Конрада не существует. Современная модель строения земной коры выглядит гораздо сложнее, чем классическая трехслойная (рис. 4). В ней по-прежнему выделяются континентальная кора и океаническая. Характерными признаками континентальной коры можно считать значительную (десятки километров) толщину, увеличение плотности книзу - постепенное или скачкообразное; осадочный слой в пределах континентальной коры обычно более мощен, чем в пределах океанической. Океаническая кора гораздо тоньше, более однородна по составу; применительно к ней можно говорить о базальтовом слое и без кавычек, так как океаническое дно сложено преимущественно базальтами.
Подробнее см.: И.Н. Галкин. В
океан за корой//География, № 42/97, с. 6-7, 13.
** Подробнее см.: Т.С. Минц,
М.В. Минц. Кольская сверхглубокая//География, №
33/99, с. 1-4.
Теория литосферных плит
Эта теория обычно очень привлекательна для
учеников. Она изящна и, казалось бы, все
объясняет. Многие недоумения, которые возникают
у ученых в связи с ней, касаются вопросов столь
сложных, что в школе даже говорить о них не стоит
(например, кто из неспециалистов сумеет оценить
правомерность сомнений, возникающих в связи с
перераспределением теплового потока из недр
Земли к поверхности?). Но нужно сказать ученикам о
том, что есть в этой теории нерешенные проблемы,
которые, возможно, еще заставят пересмотреть ее
- скорее всего не целиком, а в некоторых деталях.
По текстам учебников школьники могут сделать
вывод, что тектоника плит - это уточнение
гипотезы Альфреда Вегенера, мирно пришедшее ей
на смену. На самом деле это не так. У Вегенера
материки, сложенные сравнительно легким
веществом, которое он называл сиаль
(силициум-алюминий), как бы плавали по
поверхности вещества более тяжелого - сима
(силициум-магния). Поначалу гипотеза покорила
чуть не всех, ее приняли с восторгом. Но через 2-3
десятилетия выяснилось, что физические свойства
пород не допускают такого плавания, и на теории
дрейфа материков был поставлен жирный крест. И
как это часто бывает, вместе с водой выплеснули
дитя: теория плоха, значит, материки двигаться
вообще не могут. Лишь к 60-м годам, то есть всего
40-45 лет назад, когда уже была открыта
общемировая система срединно-океанических
хребтов, построили практически новую теорию, в
которой от гипотезы Вегенера осталось только
изменение взаимного расположения материков, в
частности объяснение сходства очертаний
континентов по обе стороны Атлантики.
Важнейшее отличие современной тектоники плит от
гипотезы Вегенера состоит в том, что у Вегенера материки
двигались по веществу, которым сложено
океаническое дно
, в современной же теории в
движении участвуют плиты, в состав которых
входят участки и суши, и дна океана
; границы
между плитами могут проходить и по дну океана, и
по суше, и по границам материков и океанов.
Движение литосферных плит происходит по
астеносфере - слою верхней мантии, который
подстилает литосферу и обладает вязкостью,
пластичностью. Упоминания астеносферы в текстах
учебников найти не удалось, но в одном учебнике
на рисунке подписаны не только астеносфера, но и
«слой мантии над астеносферой» (Финаров, с. 16,
рис. 4). Не стоит упоминать астеносферу на
уроках, строение верхних слоев Земли и без того
достаточно сложно.
В учебниках объяснено, что вдоль осей
срединно-океанических хребтов площади
литосферных плит постепенно увеличиваются. Этот
процесс получил название спрединг
(английское spreading
- расширение,
распространение). Но поверхность земного шара не
может увеличиваться. Возникновение новых
участков земной коры по сторонам от
срединно-океанических хребтов должно где-то
компенсироваться ее исчезновением. Если мы
считаем, что литосферные плиты достаточно
устойчивы, естественно предположить, что
исчезновение коры, как и образование новой,
должно происходить на границах сближающихся
плит. При этом могут быть три различных случая:
- сближаются два участка океанической коры;
- участок континентальной коры сближается с
участком океанической;
- сближаются два участка континентальной коры.
Процесс, происходящий при сближении участков
океанической коры, может быть схематически
описан так: край одной плиты несколько
поднимается, образуя островную дугу; другой
уходит под него, здесь уровень верхней
поверхности литосферы понижается, формируется
глубоководный океанический желоб. Таковы
Алеутские острова и обрамляющий их Алеутский
желоб, Курильские острова и Курило-Камчатский
желоб, Японские острова и Японский желоб,
Марианские острова и Марианский желоб и т. д.; все
это в Тихом океане. В Атлантическом - Антильские
острова и желоб Пуэрто-Рико, Южные Сандвичевы
острова и Южно-Сандвичев желоб. Движение плит
относительно друг друга сопровождается
значительными механическими напряжениями,
поэтому во всех этих местах наблюдаются высокая
сейсмичность, интенсивная вулканическая
деятельность. Очаги землетрясений располагаются
в основном на поверхности соприкосновения двух
плит и могут быть на большой глубине. Край плиты,
ушедший вглубь, погружается в мантию, где
постепенно превращается в мантийное вещество.
Погружающаяся плита подвергается разогреву, из
нее выплавляется магма, которая изливается в
вулканах островных дуг (рис. 5).
Процесс погружения одной плиты под
другую носит название субдукция
(буквально - поддвигание
). Этот латинский
термин, как и приведенное выше английское слово
«спрединг», широко распространен, оба
встречаются в популярной литературе, поэтому
учителям знать их нужно, но вводить в школьном
курсе едва ли имеет смысл.
Когда движутся друг другу навстречу участки
континентальной и океанической коры, процесс
идет примерно так же, как в случае встречи двух
участков океанической коры, только вместо
островной дуги образуется мощная цепь гор вдоль
берега материка. Так же погружается океаническая
кора под материковый край плиты, образуя
глубоководные желоба, так же интенсивны
вулканические и сейсмические процессы. Магма,
которая не достигает земной поверхности,
кристаллизуется, образуя гранитные батолиты
(рис. 6). Типичный пример - Кордильеры Центральной
и Южной Америки и идущая вдоль берега система
желобов - Центральноамериканский, Перуанский и
Чилийский.
При сближении двух участков
континентальной коры край каждого из них
испытывает складкообразование, разломы,
формируются горы, интенсивны сейсмические
процессы. Наблюдается и вулканизм, но меньше, чем
в первых двух случаях, так как земная кора в таких
местах очень мощная (рис. 7). Так образовался
Альпийско-Гималайский горный пояс,
протянувшийся от Северной Африки и западной
оконечности Европы через всю Евразию до
Индокитая; в его состав входят самые высокие горы
на Земле, по всему его протяжению наблюдается
высокая сейсмичность, на западе пояса есть
действующие вулканы.
В нескольких учебниках помещены схемы положения
материков столько-то миллионов лет назад.
В одной книге (Крылова 7, с. 21, рис. 12) приведено расположение материков через 50 млн лет. Если используется этот учебник, стоило бы прокомментировать схему, сказав предварительно, что это только прогноз, очень приблизительный, который оправдается лишь в том случае, если сохранится общее направление движения плит, не произойдет какой-то крупной их перестройки. Согласно прогнозу, значительно расширятся Атлантический океан, Восточно-Африканские рифты (они заполнятся водами Мирового океана) и Красное море, которое напрямую соединит Средиземное море с Индийским океаном.
Таким образом, проверяя, хорошо ли школьники
помнят тему «Литосфера» по 6-му классу, нужно
одновременно рассеять некоторые заблуждения,
которые могли возникнуть. Если вы хотите дать
ученикам основы знаний на современном уровне,
придется, объясняя новый, более сложный материал,
отказаться от изложения устаревших сведений,
приведенных в учебниках.
Вот основные тезисы, которые нужно изложить и
объяснить.
1. Литосфера включает земную кору и верхнюю,
сравнительно небольшую часть мантии.
2. Земная кора бывает двух типов -
континентальная и океаническая.
3. Континентальная земная кора имеет
значительную (десятки километров) толщину, ее
плотность увеличивается книзу. Кора состоит из
осадочных пород (обычно наверху), ниже идут
магматические и метаморфические породы
различного состава.
4. Толщина океанической коры 5-10 км, она сложена
преимущественно базальтами.
(При объяснении строения континентальной и
океанической коры «гранитный» и «базальтовый»
слои и тем более границу Конрада не упоминать.)
5. Теория тектоники плит пришла на смену гипотезе
Вегенера лишь после того, как гипотеза была
полностью отвергнута.
6. Согласно гипотезе Вегенера, материки
передвигались по более плотному веществу,
слагающему океаническое дно.
7. По теории литосферных плит, в движении
участвуют большие участки литосферы с
континентальной корой, либо с океанической, либо
с той и другой.
Различные типы взаимодействия литосферных плит
с разными типами земной коры учитель может
рассматривать или не рассматривать в
зависимости от степени подготовленности класса.
Примеры эти интересны, они могут быть
проиллюстрированы на физической карте мира, но в
обязательную программу они не входят.
Спонсор публикации статьи: Московская Коллегия адвокатов “Шеметов и партнеры” предоставляет услуги профессиональной юридической помощи в Москве. Если Вам требуется адвокат в СЗАО , то обратившись в Коллегию адвокатов “Шеметов и партнеры”, Вы получите услуги высококвалифицированного специалиста с большим опытом успешной работы, который обеспечит защиту Ваших интересов в судах любых уровней. Подробнее ознакомиться с предложением и записаться на консультацию онлайн, можно на сайте Коллегии адвокатов “Шеметов и партнеры” по адресу http://www.shemetov.ru/
Коринская
- В.А. Коринская,
И.В. Душина, В.А. Щенев. География материков и
океанов: Учеб. для 7 кл. сред. шк. - М.:
Просвещение, 1993. - 287 с.
Крылова 6
- О.В. Крылова.
Физическая география: Нач. курс: Учеб. для 6 кл.
общеобразоват. учреждений. - М.: Просвещение, 1999
(и последующие издания). - 192 с.
Крылова 7
- О.В. Крылова.
Материки и океаны: Учеб. для 7 кл.
общеобразоват. учреждений. М.: Просвещение, 1999 (и
последующие издания). - 304 с.
Крылова, Герасимова
-
О.В. Крылова, Т.П. Герасимова. География
материков и океанов: Проб. учеб. для 7 кл.
общеобразоват. учреждений. - М.: Просвещение, 1995.
- 318 с.
Петрова
- Н.Н. Петрова.
География. Начальный курс. 6 кл.: Учеб. для
общеобразоват. учеб. заведений. - М.: Дрофа; ДиК,
1997. - 256 с.
Финаров
- Д.П. Финаров,
С.В. Васильев, З.И. Шипунова,
Е.Я. Чернихова. География материков и океанов:
Учеб. для 7 кл. общеобразоват. учреждений. - М.:
Просвещение, 1996. - 302 с.
Литосфера. Земная кора. 4,5 млрд. лет назад, Земля представляла собой шар, состоящий из одних газов. Постепенно тяжелые металлы, такие как железо и никель, опускались к центру и уплотнялись. Легкие породы и минералы всплывали на поверхность, охлаждались и отвердевали.
Внутреннее строение Земли.
Принято делить тело Земли на три основные части – литосферу (земную кору), мантию и ядро .
Ядро — центр Земли , средний радиус которого около 3500 км (16,2 % объема Земли). Как предполагают, состоит из железа с примесью кремния и никеля. Наружная часть ядра находится в расплавленном состоянии (5000 °С), внутренняя, по-видимому, твердая (субъядро). Перемещение вещества в ядре создает на Земле магнитное поле, защищающее планету от космического излучения.
Ядро сменяется мантией , которая простирается почти на 3000 км (83 % объема Земли). Считают, что она твердая, в то же время пластичная и раскаленная. Мантия состоит из трех слоев : слоя Голицына, слоя Гуттенберга и субстрата. Верхняя часть мантии, называемая магмой , содержит слой с пониженной вязкостью, плотностью и твердостью - астеносферу, на которой уравновешиваются участки земной поверхности. Граница между мантией и ядром называется слоем Гуттенберга.
Литосфера
Литосфера – верхняя оболочка «твердой» Земли, включающая земную кору и верхнюю часть подстилающей ее верхней мантии Земли.
Земная кора – верхняя оболочка «твердой» Земли. Мощность земной коры от 5 км (под океанами) до 75 км (под материками). Земная кора неоднородна. В ней различают 3 слоя – осадочный, гранитный, базальтовый . Гранитный и базальтовый слои названы так потому, что в них распространены горные породы, похожие по физическим свойствам на гранит и базальт.
Состав земной коры: кислород (49 %), кремний (26 %), алюминий (7 %), железо (5 %), кальций (4 %); самые распространенные минералы - полевой шпат и кварц. Граница между земной корой и мантией называется поверхностью Мохо .
Различают континентальную и океаническую земную кору. Океаническая отличается от континентальной (материковой) отсутствием гранитного слоя и значительно меньшей мощностью (от 5 до 10 км). Толщина континентальной коры на равнинах 35-45 км, в горах 70-80 км. На границе материков и океанов, в районах островов толщина земной коры составляет 15-30 км, гранитный слой выклинивается.
Положение слоев в континентальной коре свидетельствует о разном времени ее образования . Базальтовый слой является самым древним, моложе его – гранитный, а самый молодой – верхний, осадочный, развивающийся и в настоящее время. Каждый слой коры формировался в течение длительного отрезка геологического времени.
Литосферные плиты
Земная кора находится в постоянном движении. Первым гипотезу о дрейфе материков (т.е. горизонтальном движении земной коры) выдвинул в начале ХХ века А. Вегенер . На ее основе создана теория литосферных плит . Согласно этой теории, литосфера не является монолитом, а состоит из семи крупных и нескольких более мелких плит, «плавающих» на астеносфере. Пограничные области между литосферными плитами называют сейсмическими поясами - это самые «беспокойные» области планеты.
Земная кора разделяется на устойчивые и подвижные участки.
Устойчивые участки земной коры - платформы - образуются на месте геосинклиналей, потерявших подвижность. Платформа состоит из кристаллического фундамента и осадочного чехла. В зависимости от возраста фундамента выделяют древние (докембрийские) и молодые (палеозойские, мезозойские) платформы. В основании всех материков лежат древние платформы.
Подвижные, сильно расчлененные участки земной поверхности называются геосинклиналями (складчатыми областями ). В их развитии выделяют два этапа : на первом этапе земная кора испытывает опускания, происходит накопление осадочных горных пород и их метаморфизация. Затем начинается поднятие земной коры, горные породы сминаются в складки. На Земле было несколько эпох интенсивных горообразований: байкальская, каледонская, герцинская, мезозойская, кайнозойская. В соответствии с этим выделяют различные области складчатости.
Литосфера — это каменная оболочка Земли. От греческого «литос» — камень и «сфера» — шар
Литосфера - внешняя твердая оболочка Земли, которая включает всю земную кору с частью верхней мантии Земли и состоит из осадочных, изверженных и метаморфических пород. Нижняя граница литосферы нечеткая и определяется резким уменьшением вязкости пород, изменением скорости распространение сейсмических волн и увеличением электропроводности пород. Толщина литосферы на континентах и под океанами различается и составляет в среднем соответственно 25 - 200 и 5 - 100 км.
Рассмотрим в общем виде геологическое строение Земли. Третья за отдаленностью от Солнца планета - Земля имеет радиус 6370 км, среднюю плотность - 5,5 г/см3 и состоит из трех оболочек - коры , мантии и и. Мантия и ядро делятся на внутренние и внешние части.
Земная кора — тонкая верхняя оболочка Земли, которая имеет толщину на континентах 40-80 км, под океанами - 5-10 км и составляет всего около 1 % массы Земли. Восемь элементов - кислород, кремний, водород, алюминий, железо, магний, кальций, натрий - образовывают 99,5 % земной коры.
Согласно научным исследованиям, учёным удалось установить, что литосфера состоит из:
- Кислорода – 49%;
- Кремния – 26%;
- Алюминия – 7%;
- Железа – 5%;
- Кальция – 4%
- В состав литосферы входит немало минералов, самые распространённые – шпат и кварц.
На континентах кора трехслойная: осадочные породы укрывают гранитные, а гранитные залегают на базальтовых. Под океанами кора «океанического» , двухслойного типа; осадочные породы залегают просто на базальтах, гранитного пласта нет. Различают также переходный тип земной коры (островно-дуговые зоны на окраинах океанов и некоторые участки на материках, например Черное море) .
Наибольшую толщину земная кора имеет в горных районах (под Гималаями — свыше 75 км) , среднюю - в районах платформ (под Западно-Сибирской низиной - 35-40, в границах Русской платформы - 30-35), а наименьшую - в центральных районах океанов (5-7 км) . Преобладающая часть земной поверхности - это равнины континентов и океанического дна.
Континенты окружены шельфом- мелководной полосой глубиной до 200 г и средней шириной близко 80 км, которая после резкого обрывчастого изгиба дна переходит в континентальный склон (уклон изменяется от 15-17 до 20-30°). Склоны постепенно выравниваются и переходят в абиссальные равнины (глубины 3,7-6,0 км) . Наибольшие глубины (9-11 км) имеют океанические желоба, подавляющее большинство которых расположенная на северной и западной окраинах Тихого океана.
Основная часть литосферы состоит из изверженных магматических пород (95 %), среди которых на континентах преобладают граниты и гранитоиды, а в океанах-базальты.
Блоки литосферы - литосферные плиты - двигаются по относительно пластичной астеносфере. Изучению и описанию этих движений посвящен раздел геологии о тектонике плит.
Для обозначения внешней оболочки литосферы применялся ныне устаревший термин сиаль, происходящий от названия основных элементов горных пород Si (лат. Silicium - кремний) и Al (лат. Aluminium - алюминий).
Литосферные плиты
Стоит отметить, что самые крупные тектонические плиты очень хорошо различимы на карте и ими являются:
- Тихоокеанская – самая большая плита планеты, вдоль границ которой происходят постоянные столкновения тектонических плит и образуются разломы – это является причиной её постоянного уменьшения;
- Евразийская – покрывает почти всю территорию Евразии (кроме Индостана и Аравийского полуострова) и содержит наибольшую часть материковой коры;
- Индо-Австралийская – в её состав входит австралийский континент и индийский субконтинент. Из-за постоянных столкновений с Евразийской плитой находится в процессе разлома;
- Южно-Американская – состоит из южноамериканского материка и части Атлантического океана;
- Северо-Американская – состоит из североамериканского континента, части северо-восточной Сибири, северо-западной части Атлантического и половины Северного Ледовитого океанов;
- Африканская – состоит из африканского материка и океанической коры Атлантического и Индийского океанов. Интересно, что соседствующие с ней плиты движутся в противоположную от неё сторону, поэтому здесь находится наибольший разлом нашей планеты;
- Антарктическая плита – состоит из материка Антарктида и близлежащей океанической коры. Из-за того, что плиту окружают срединно-океанические хребты, остальные материки от неё постоянно отодвигаются.
Движение тектонических плит в литосфере
Литосферные плиты, соединяясь и разъединяясь, всё время изменяют свои очертания. Это даёт возможность учёным выдвигать теорию о том, что около 200 млн. лет назад литосфера имела лишь Пангею - один-единственный континент, впоследствии расколовшийся на части, которые начали постепенно отодвигаться друг от друга на очень маленькой скорости (в среднем около семи сантиметров в год).
Это интересно! Существует предположение, что благодаря движению литосферы, через 250 млн. лет на нашей планете сформируется новый континент за счёт объединения движущихся материков.
Когда происходит столкновение океанической и континентальной плит, край океанической коры погружается под материковую, при этом с другой стороны океанической плиты её граница расходится с соседствующей с ней плитой. Граница, вдоль которой происходит движение литосфер, называется зоной субдукции, где выделяют верхние и погружающиеся края плиты. Интересно, что плита, погружаясь в мантию, начинает плавиться при сдавливании верхней части земной коры, в результате чего образуются горы, а если к тому же прорывается магма – то и вулканы.
В местах, где тектонические плиты соприкасаются друг с другом, расположены зоны максимальной вулканической и сейсмической активности: во время движения и столкновения литосферы, земная кора разрушается, а когда они расходятся, образуются разломы и впадины (литосфера и рельеф Земли связаны друг с другом). Это является причиной того, что вдоль краёв тектонических плит расположены наиболее крупные формы рельефа Земли – горные хребты с активными вулканами и глубоководные желоба.
Проблемы литосферы
Интенсивное развитие промышленности привело к тому, что человек и литосфера в последнее время стали чрезвычайно плохо уживаться друг с другом: загрязнение литосферы приобретает катастрофические масштабы. Произошло это вследствие возрастания промышленных отходов в совокупности с бытовым мусором и используемыми в сельском хозяйстве удобрениями и ядохимикатами, что негативно влияет на химический состав грунта и на живые организмы. Учёные подсчитали, что за год на одного человека припадает около одной тонны мусора, среди которых – 50 кг трудноразлагаемых отходов.
Сегодня загрязнение литосферы стало актуальной проблемой, поскольку природа не в состоянии справиться с ней самостоятельно: самоочищение земной коры происходит очень медленно, а потому вредные вещества постепенно накапливаются и со временем негативно воздействуют и на основного виновника возникшей проблемы – человека.
Внутреннее строение Земли включает три оболочки: земную кору, мантию и ядро. Оболочечное строение Земли установлено дистанционными методами, основанными на измерении скорости распространения сейсмических волн, имеющих две составляющие - продольные и поперечные волны. Продольные (Р) волны связаны с напряжениями растяжения (или сжатия), ориентированными по направлению их распространения. Поперечные (S) волны вызывают колебания среды, ориентированные под прямым углом к направлению их распространения. Эти волны в жидкой среде не распространяются. Основные значения физических параметров Земли даны на рис. 5.1.
Земная кора - каменистая оболочка, сложенная твердым веществом с избытком кремнезема, щелочи, воды и недостаточным количеством магния и железа. Она отделяется от верхней мантии границей Мохоровичича (слоем Мохо), на которой происходит скачок скоростей продольных сейсмических волн примерно до 8 км/с. Этот рубеж, установленный в 1909 г. югославским ученым А. Мохоровичичем, как считают, совпадает с внешней перидотитовой оболочкой верхней мантии. Мощность земной коры (1% от общей массы Земли) составляет в среднем 35 км: под молодыми складчатыми горами на континентах она увеличивается до 80 км, а под сре-динно-океаническими хребтами уменьшается до 6 - 7 км (считая от поверхности океанского дна).
Мантия представляет собой наибольшую по объему и весу оболочку Земли, простирающуюся от подошвы земной коры до границы Гутенберга, соответствующей глубине приблизительно 2900 км и принимаемой за нижнюю границу мантии. Мантию подразделяют на нижнюю (50% массы Земли) и верхнюю (18%). По современным представлениям, состав мантии достаточно однороден вследствие интенсивного конвективного перемешивания внутримантийными течениями. Прямых данных о вещественном составе мантии почти нет. Предполагается, что она сложена расплавленной силикатной массой, насыщенной газами. Скорости распространения продольных и поперечных волн в нижней мантии возрастают, соответственно, до 13 и 7 км/с. Верхняя мантия с глубины 50-80 км (под океанами) и 200-300 км (под континентами) до 660-670 км называется астеносферой. Это слой повышенной пластичности вещества, близкого к температуре плавления.
Ядро представляет собой сфероид со средним радиусом около 3500 км. Прямые сведения о составе ядра также отсутствуют. Известно, что оно является наиболее плотной оболочкой Земли. Ядро также подразделяется на две сферы: внешнее, до глубины 5150 км, находящееся в жидком состоянии, и внутреннее - твердое. Во внешнем ядре скорость распространения продольных волн падает до 8 км/с, а поперечные волны не распространяются вовсе, что принимается за доказательство его жидкого состояния. Глубже 5150 км скорость распространения продольных волн возрастает и вновь проходят поперечные волны. На внутреннее ядро приходится 2% массы Земли, на внешнее - 29%.
Внешняя «твердая» оболочка Земли, включающая земную кору и верхнюю часть мантии, образует литосферу (рис. 5.2). Ее мощность составляет 50-200 км.
Рис. 5.1. Изменение физических параметров в недрах Земли (по С.В.Аплонову, 2001)
Рис. 5.2. Внутреннее строение Земли и скорости распространения продольных (Р) и поперечных (S) сейсмических волн (по С. В. Аплонову, 2001)
Литосферу и подстилающие подвижные слои астеносферы, где обычно зарождаются и реализуются внутриземные движения тектонического характера, а также часто находятся очаги землетрясений и расплавленной магмы, называют тектоносферой.
Состав земной коры. Химические элементы в земной коре образуют природные соединения - минералы, обычно твердые вещества, обладающие определенными физическими свойствами. В земной коре содержится более 3000 минералов, среди которых около 50 породообразующих.
Закономерные природные сочетания минералов образуют горные породы. Земная кора сложена горными породами разного состава и происхождения. По происхождению горные породы подразделяют на магматические, осадочные и метаморфические.
Магматические горные породы образуются за счет застывания магмы. Если это происходит в толще земной коры, то формируются интрузивные раскристаллизованные породы, а при излиянии магмы на поверхность создаются эффузивные образования. По содержанию кремнезема (SiO2) различают следующие группы магматических горных пород: кислые (> 65% - граниты, липариты и др.), средние (65-53% - сиениты, андезиты и др.), основные (52-45% - габбро, базальты и др.) и ультраосновные (<45% - перидотиты, дуниты и др.).
Осадочные горные породы возникают на земной поверхности за счет отложения материала разными способами. Часть из них образуется в результате разрушения горных пород. Это обломочные, или пластические, породы. Величина обломков варьирует от валунов и галек до пылеватых частиц, что позволяет различать среди них породы разного гранулометрического состава - валунники, галечники, конгломераты, пески, песчаники и др. Органогенные породы создаются при участии организмов (известняки, угли, мел и др.). Значительное место занимают хемогенные породы, связанные с выпадением вещества из раствора при определенных условиях.
Метаморфические породы образуются в результате изменения магматических и осадочных пород под воздействием высоких температур и давлений в недрах Земли. К ним относятся гнейсы, кристаллические сланцы, мрамор и др.
Около 90% объема земной коры составляют кристаллические породы магматического и метаморфического генезиса. Для географической оболочки большую роль играет относительно маломощный и прерывистый слой осадочных горных пород (стратисфера), которые непосредственно контактируют с разными компонентами географической оболочки. Средняя мощность осадочных пород около 2,2 км, реальная мощность колеблется от 10- 14 км в прогибах до 0,5-1 км на океаническом ложе. По исследованиям А.Б.Ронова, наиболее распространенными среди осадочных пород являются глины и глинистые сланцы (50 %), пески и песчаники (23,6%), карбонатные образования (23,5%). В составе земной поверхности важную роль играют лёссы и лёссовидные суглинки внеледниковых регионов, несортированные толщи морен ледниковых регионов и интразональные скопления галечно-песчаных образований водного происхождения.
Строение земной коры. По строению и мощности (рис. 5.3) различают два основных типа земной коры - материковый (континентальной) и океанический. Различия их химического состава видны из табл. 5.1.
Материковая кора состоит из осадочного, гранитного и базальтового слоев. Последний выделен условно потому, что скорости прохождения сейсмических волн равны скоростям в базальтах. Гранитный слой состоит из пород, обогащенных кремнием и алюминием (SIAL), породы базальтового слоя обогащены кремнием и магнием (SIAM). Контакт между гранитным слоем со средней плотностью пород около 2,7 г/см3 и базальтовым слоем со средней плотностью порядка 3 г/см3 известен как граница Конрада (названа по имени немецкого исследователя В.Конрада, обнаружившего ее в 1923 г.).
Океаническая кора двухслойная. Ее основная масса сложена базальтами, на которых лежит маломощный осадочный слой. Мощность базальтов превышает 10 км, в верхних частях достоверно установлены прослои осадочных позднемезозойских пород. Мощность осадочного покрова, как правило, не превышает 1-1,5 км.
Рис. 5.3. Строение земной коры: 1 - базальтовый слой; 2 - гранитный слой; 3 - стратисфера и кора выветривания; 4 - базальты океанического дна; 5 - районы с низкой биомассой; 6 - районы с высокой биомассой; 7 - океанские воды; 8 - морские льды; 9 - глубинные разломы континентальных склонов
Базальтовый слой на материках и океанском дне принципиально различается. На материках это контактные формирования между мантией и древнейшими земными породами, как бы первичная корочка планеты, возникшая до или в начале ее самостоятельного развития (возможно, свидетельство «лунной» стадии эволюции Земли). В океанах это реальные базальтовые образования в основном мезозойского возраста, возникшие за счет подводных излияний при раздвижении литосферных плит. Возраст первых должен составлять несколько миллиардов лет, вторых - не более 200 млн лет.
Таблица 5.1. Химический состав континентальной и океанической коры (по С.В.Аплонову, 2001)
| Содержание, % | ||
| Оксиды | Континентальная кора | Океаническая кора |
| SiO2 | 60,2 | 48,6 |
| TiО2 | 0,7 | 1.4 |
| Al2O3 | 15,2 | 16,5 |
| Fе2O3 | 2,5 | 2,3 |
| FeO | 3,8 | 6,2 |
| MnO | 0,1 | 0,2 |
| MgO | 3,1 | 6,8 |
| CaO | 5,5 | 12,3 |
| Na2O | 3,0 | 2,6 |
| K2O | 2,8 | 0,4 |
Местами наблюдается переходный тип земной коры, для которого характерны значительная пространственная неоднородность. Он известен в окраинных морях Восточной Азии (от Берингова до Южно-Китайского), Зондском архипелаге и некоторых других районах земного шара.
Наличие разных типов земной коры обусловлено различиями в развитии отдельных частей планеты и их возрасте. Эта проблема чрезвычайно интересна и важна с точки зрения реконструкции географической оболочки. Ранее предполагалось, что океаническая кора первична, а материковая - вторична, хотя она на многие миллиарды лет ее древнее. Согласно современным представлениям, океаническая кора возникла за счет внедрения магмы по разломам между континентами.
Мечты ученых о практической проверке представлений по строению литосферы, основанные на дистанционных геофизических данных, воплотились в жизнь во второй половине XX в., когда стало возможно глубокое и сверхглубокое бурение на суше и дне Мирового океана. Среди наиболее известных проектов - Кольская сверхглубокая скважина, пробуренная до глубины 12 066 м (в 1986 г. бурение было остановлено) в пределах Балтийского щита в целях достижения границы между гранитным и базальтовым слоями земной коры, а при возможности и ее подошвы - горизонта Мохо. Кольская сверхглубокая скважина опровергла многие устоявшиеся представления о структуре недр Земли. Предполагавшееся по геофизическому зондированию нахождение горизонта Конрада в этом районе на глубине около 4,5 км не подтвердилось. Скорость продольных волн изменилась (не возросла, а упала) на отметке 6842 м, где произошла смена вулканогенно-осадочных пород раннего протерозоя на амфиболито-гнейсовые породы позднего архея. «Виновником» смены оказался не состав горных пород, а их особое состояние - гидрогенное разуплотнение, впервые обнаруженное в естественном состоянии в толще Земли. Таким образом, стало возможным иное объяснение смены скоростей и направлений геофизических волн.
Структурные элементы земной коры. Земная кора формировалась не менее 4 млрд лет, в течение которых она усложнялась под. воздействием эндогенных (главным образом под воздействием тектонических движений) и экзогенных (выветривание и др.) процессов. Проявляясь с разной интенсивностью и в разное время, тектонические движения формировали структуры земной коры, которые образуют рельеф планеты.
Крупные формы рельефа называются морфоструктурами (например, горные хребты, плато). Сравнительно мелкие формы рельефа образуют морфоскульптуры (например, карст).
Основные планетарные структуры Земли - материки и океаны. В пределах материков выделяют крупные структуры второго порядка - складчатые пояса и платформы, которые отчетливо выражены в современном рельефе.
Платформы - это устойчивые в тектоническом отношении участки земной коры обычно двухъярусного строения: нижний, образованный древнейшими породами, называют фундаментом, верхний, сложенный преимущественно осадочными породами более позднего возраста - осадочным чехлом. Возраст платформ оценивают по времени формирования фундамента. Участки платформ, где фундамент погружен под осадочный чехол, называют плитами (например, Русская плита). Места выхода на дневную поверхность пород фундамента платформы называют щитами (например, Балтийский щит).
На дне океанов выделяются тектонически устойчивые участки - талассократоны и подвижные тектонически активные полосы - георифтогенали. Последние пространственно соответствуют срединно-океаническим хребтам с чередованием поднятий (в виде подводных гор) и опусканий (в виде глубоководных впадин и желобов). Совместно с вулканическими проявлениями и локальными поднятиями океанического дна океанические геосинклинали создают специфические структуры островных дуг и архипелагов, выраженных на северных и западных окраинах Тихого океана.
Контактные зоны между континентами и океанами подразделяют на два типа: активные и пассивные. Первые представляют собой очаги сильнейших землетрясений, активного вулканизма и значительного размаха тектонических движений. Морфологически они выражаются сопряжением окраинных морей, островных дуг и глубоководных желобов океанов. Наиболее типичными являются все окраины Тихого океана («тихоокеанское огненное кольцо») и северная часть Индийского океана. Вторые являют пример постепенной смены континентов через шельфы и материковые склоны к океаническому дну. Таковы окраины большей части Атлантического океана, а также Северного Ледовитого и Индийского океанов. Можно говорить и о более сложных контактах, особенно в Районах развития переходных типов земной коры.
Динамика литосферы. Представления о механизме формирования земных структур разрабатываются учеными различных направлений, которые можно объединить в две группы. Представители фиксизма исходят из утверждения о фиксированном положении Континентов на поверхности Земли и преобладании вертикальных Движений в тектонических деформациях пластов земной коры. Сторонники мобилизма первостепенную роль отводят горизонтальным движениям. Основные идеи мобилизма были сформулированы А. Вегенером (1880-1930) как гипотеза дрейфа материков. Новые данные, полученные во второй половине XX в., позволили развить это направление до современной теории неомобилизма, объясняющей динамику процессов в земной коре дрейфом крупных литосферных плит.
Согласно теории неомобилизма, литосфера состоит из плит (их число, по разным оценкам, колеблется от 6 до нескольких десятков), которые перемещаются в горизонтальном направлении со скоростью от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров в год. Литосферные плиты вовлекаются в движение в результате тепловой конвекции в верхней мантии. Однако последние исследования, в частности глубокое бурение, показывают, что слой астеносферы не является сплошным. Если же признать дискретность астеносферы, то следует отвергнуть и сложившиеся представления о конвективных ячейках и структуре перемещения блоков земной коры, которые лежат в основе классических моделей геодинамики. П. Н. Кропоткин, например, считает, что правильнее говорить о вынужденной конвекции, которая связана с перемещением вещества в мантии Земли под действием попеременного увеличения и уменьшения земного радиуса. Интенсивное горообразование в последние десятки миллионов лет, по его мнению, было обусловлено прогрессировавшим сжатием Земли, составившим примерно 0,5 мм в год, или 0,5 км за миллион лет, возможно, при общей тенденции Земли к расширению.
Согласно современному строению земной коры, в центральных частях океанов границами литосферных плит являются срединно-океанические хребты с рифтовыми (разломными) зонами вдоль их осей. По периферии океанов, в переходных зонах между континентами и ложем океанического бассейна, сформировались геосинклинальные подвижные пояса со складчато-вулканическими островными дугами и глубоководными желобами вдоль их внешних окраин. Существует три варианта взаимодействия литосферных плит: расхождение, или спрединг; столкновение, сопровождающееся в зависимости от типа контактирующих плит субдукцией, эдукцией или коллизией; горизонтальное скольжение одной плиты относительно другой.
Касаясь проблемы возникновения океанов и материков, надо отметить, что в настоящее время она чаще всего решается путем признания раздробленности земной коры на ряд плит, раздвижение которых и вызвало образование огромных понижений, занятых океанскими водами. Схема геологического строения ложа океанов показана на рис. 5.4. Схема инверсий магнитного поля базальтов океанического дна показывает удивительные закономерности симметричного расположения однотипных образований по обе стороны зоны спрединга и их постепенное удревнение в сторону континентов (рис. 5.5). Не только ради справедливости отметим существующее мнение о достаточной древности океанов - глубоководные океанские осадки, а также реликты базальтовой океанской коры в виде офиолитов широко представлены в геологической истории Земли последних 2,5 млрд лет. Блоки древней океанской коры и литосферы, впечатанные в глубоко погруженный фундамент осадочных бассейнов - своеобразные провалы земной коры, по мнению С.В.Аплонова, свидетельствуют о нереализованных возможностях планеты - «несостоявшихся океанах».
Рис. 5.4. Схема геологического строения ложа Тихого океана и его континентального обрамления (по А. А. Маркушеву, 1999): /- континентальный вулканизм (а - отдельные вулканы, б - поля траппов); II - вулканы островных дут и континентальных окраин (а - подводные, б - наземные); III - вулканы подводных хребтов (а) и океанических островов (б); IV - вулканы окраинных морей (а - подводные, б - наземные); V - спрединговые структуры развития современного толеит-базальтового подводного вулканизма; VI - глубоководные желоба; VII - литосферные плиты (цифры в кружках): 1 - Бирманская; 2 - Азиатская; 3 - Северо-Американская; 4 - Южно-Американская; 5 - Антарктическая; 6 - Австралийская; 7- Соломонова; 8- Бисмарка; 9 - Филиппинская; 10 - Марианская; 11 - Хуан-де-Фука; 12 - Карибская; 13 - Кокос; 14 - Наска; 15 - Скоша; 16 - Тихоокеанская; VIII - главнейшие вулканы и трапповые поля: 1 - Бейкер; 2 - Лассен-Пик; 3-5- траппы {3 - Колумбии, 4 - Патагонии, 5 - Монголии); 6 - Трес-Виргинес; 7 - Парикутин; 8 - Попокатепетль; 9 - Мон-Пеле; 10 - Котопахи; 11 - Таравера; 12 - Кермадек; 13 - Мауналоа (Гавайский архипелаг); 14- Кракатау; 75- Тааль; 16- Фудзияма; 17 - Богослов; 18 - Катмай. Возраст базальтов приводится по данным бурения
Рис. 5.5. Возраст (млн лет) дна Атлантического океана, определенный по магнитостратиграфической шкале (по Е.Зейболу и В.Бергеру, 1984)
Формирование современного облика Земли. В течение всей истории Земли расположение и конфигурация континентов и океанов постоянно изменялись. Согласно геологическим данным, континенты Земли объединялись четыре раза. Реконструкция этапов их становления за последние 570 млн лет (в фанерозое) свидетельствует о существовании последнего суперконтинента - Пангеи с достаточно мощной, до 30-35 км континентальной корой, сформировавшегося 250 млн лет назад, который распался на Гондвану, занявшую южную часть земного шара, и Лавразию, объединившей северные континенты. Распад Пангеи привел к раскрытию водного пространства, первоначально - в виде палео-Тихого океана и океана Тетис, а в дальнейшем (65 млн лет назад) - современных океанов. Сейчас мы наблюдаем, как континенты расходятся. Трудно предположить, какова будет дислокация современных континентов и океанов в будущем. По данным С. В. Аплонова, возможно их объединение в пятый суперконтинент, центром которого станет Евразия. В. П. Трубицын считает, что через миллиард лет материки вновь могут собраться у Южного полюса.
