Распространенность элементов в земной коре

№	Химический злемент	Порядковый номер	Содержание, % массы	Молярная масса	Содержание, % к-во в-ва
	Кислород		49,13		53,52
	Кремний		26,0	28,1	16,13
	Алюминий		7,45		4,81
	Железо		4,2	55,8	1,31
	Кальций		3,25	40,1	1,41
	Натрий		2,4		1,82
	Калий		2,35	39,1	1,05
	Магний		2,35	34,3	1,19
	Водород		1,00		17,43
	Титан		0,61	47,9	0,222
	Углерод		0,35		0,508
	Хлор		0,2	35,5	0,098
	Фосфор		0,125	31,0	0,070
	Сера		0,1	32,1	0,054
	Марганец		0,1	54,9	0,032
	Фтор		0,08	19,0	0,073
	Барий		0,05	137,3	0,006
	Азот		0,04	14,0	0,050
	Остальные	-	~0,2	-	-

 

Все минералы горных пород представляют собой смеси ограниченного числа оксидов, которые образуются от перечисленных в таблице химических элементов с учетом различных вариантов валентности. Например, закись (FeO) или окись (Fe₂O₃) железа.

Определение состава верхней континентальной коры стало одной из первых задач, которую решает наука геохимия.

Первая оценка состава верхней земной коры была сделана Кларком. Кларк был сотрудником геологической службы США и занимался химическим анализом горных пород. После многих лет аналитических работ, он обобщил результаты анализов и рассчитал средний состав пород. Он предположил, что многие тысячи образцов, по сути, случайно отобранных, отражают средний состав земной коры (см. Кларки элементов). Эта работа Кларка вызвала фурор в научном сообществе. Она подверглась жёсткой критике, так как многие исследователи сравнивали такой способ с получением «средней температуры по больнице, включая морг». Другие исследователи считали, что этот метод подходит для такого разнородного объекта, каким является земная кора. Полученный Кларком состав земной коры был близок к граниту.

Следующую попытку определить средний состав земной коры предпринял Виктор Гольдшмидт. Он сделал предположение, что ледник, двигающийся по континентальной коре, соскребает все выходящие на поверхность породы, смешивает их. В результате породы, отлагающиеся в результате ледниковой эрозии, отражают состав средней континентальной коры. Гольдшмидт проанализировал состав ленточных глин, отлагавшихся в Балтийском море во время последнего оледенения. Их состав оказался удивительно близок к среднему составу, полученному Кларком. Совпадение оценок, полученных столь разными методами, стало сильным подтверждением геохимических методов.

Земная кора состоит из множества пород разнообразного состава. Даже в пределах одного геологического тела состав пород может сильно варьировать. В разных районах могут быть распространены совершенно разные типы пород. В свете всего этого и возникла задача определения общего, среднего состава той части земной коры, что выходит на поверхность на континентах. С другой стороны, сразу же возник вопрос о содержательности этого термина.

Впоследствии определением состава континентальной коры занимались многие исследователи. Широкое научное признание получили оценки Виноградова, Ведеполя, Ронова и Ярошевского.

Некоторые новые попытки определения состава континентальной коры строятся на разделении её на части, сформированные в различных геодинамических обстановках.

Горные породы в зависимости от условий образования подразделяются на два типа:

- магматические;

- осадочные;

- метаморфические.

Магматическими называются породы, которые образовались:

а) в результате остывания первичного вещества, из которого образовалась земля и, таким образом, слагающие земную кору. такие породы при создании подверглись преобразованиям в результате взаимодействия с атмосферой или океанской водой;

б) в результате остывания вулканической магмы. Такие породы в зависимости от места остывания магмы подразделяются на два типа:

- интрузивные вулканогенные породы, которые образовались при эндогенном остывании магмы, которая при остывании, находясь внутри каналов, по которым перемещалась магма к кратеру вулкана, не имела контакта с атмосферой, или с водой при извержении внутри океана;

- вулканогенно-осадочные (эффузивные) породы, которые образовались в результате излияния магмы на поверхность суши или в воду океана, остывания и последующих преобразований вследствие взаимодействия с окружающей средой.

Независимо от генезиса все породы магматического или вулканического происхождения будем называть магматическими. В настоящее время описаны около 3000 типов магматических пород. Для этого используется система международной классификации.

Осадочные породы по происхождению делятся на четыре типа:

а) обломочные породы, образованные в результате механического осаждения частиц, образованных выветриванием первичных магматических и/или метаморфических пород, или в результате переотложения ранее возникших осадочных пород. По составу слагающих компонентов такие породы делятся на терригенные, карбонатные, терригенно-карбонатные. Терригенные породы делятся на кварцевые, кварцево-полевошпатовые и полимиктовые песчаники. Последние еще разделяются на аркозовые и граувакковые;

б) карбонатные породы, возникшие в результате жизнедеятельности организмов (органогенные известняки, доломиты);

в) хемогенные породы (ангидриты, кальциты, доломиты, соли и пр.);

г) эвапоритовые породы (ангидриты, кальциты, доломиты, соли и пр.).

Независимо от условий образования, по определению, источником материала любой магматической или терригенной породы является вещество, из которого образовалась земля (ограниченный состав породообразующих химических элементов и в качестве примесей все прочие химические элементы Периодической таблицы Д.В. Менделеева). В процессе формирования горных пород происходило изменение количественного и качественного состава этих пород.

Изучение физических свойств горных пород осуществляется в петрофизике.

Для изучения строения земной коры применяются косвенные геохимические и геофизические методы, но непосредственные данные можно получить в результате глубинного бурения. При проведении научного глубинного бурения часто ставится вопрос о природе границы между верхней (гранитной) и нижней (базальтовой) континентальной корой. Для изучения этого вопроса была пробурена Саатлинская скважина. В районе бурения наблюдалась гравитационная аномалия, которую связывали с выступом фундамента. Но бурение показало, что под скважиной находится интрузивный массив. При бурении Кольской сверхглубокой скважины граница Конрада также не была достигнута. Недавно (2005) в печати обсуждалась возможность проникновения к границе Мохоровичича и в верхнюю мантию с помощью самопогружающихся вольфрамовых капсул, обогреваемых теплом распадающихся радионуклидов.

 

Гидросфера

 

Гидросфера представляет собой совокупность всех природных вод на земной поверхности и вблизи нее. Ее масса - менее 0,03% массы всей Земли. Почти 98% гидросферы составляют соленые воды океанов и морей, покрывающих около 79% земной поверхности. Около 4% приходится на материковые льды, озерные, речные и подземные воды, немного воды содержится в минералах и в живой природе.

Четыре океана (Тихий - самый большой и глубокий, занимающий почти половину земной поверхности, Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый) вместе с морями образуют единую акваторию - Мировой океан.

Океаны неравномерно распределены на Земле и сильно различаются по глубине. Местами океаны разделены только узкой полосой суши (например, Атлантический и Тихий - Панамским перешейком) или мелководными проливами (например, Беринговым - Северный Ледовитый и Тихий океаны).

Подводным продолжением материков являются довольно мелководные континентальные шельфы, занимающие большие площади у берегов Северной Америки, восточной Азии и северной Австралии и полого спускающиеся по направлению к открытому океану.

Край шельфа (бровка) обычно резко обрывается при переходе к континентальному склону, первоначально круто падающему, а затем постепенно выполаживающемуся в зоне континентального подножья, которое сменяется глубоководным ложем со средними глубинами 3700-5500 м.

Континентальный склон обычно изрезан глубокими подводными каньонами, часто являющимися морским продолжением крупных речных долин. Речные осадки выносятся через эти каньоны и образуют подводные конусы выноса на континентальном подножии.

Глубоководных абиссальных равнин достигают только тончайшие глинистые частицы.

Ложе океана имеет неровную поверхность и представляет собой сочетание подводных плато и горных хребтов, местами увенчанных вулканическими горами (плосковершинные подводные горы называются гайотами). В тропических морях подводные горы завершаются кольцеобразными коралловыми рифами, образующими атоллы. По периферии Тихого океана и вдоль молодых островных дуг Атлантического и Индийского океанов имеются желоба глубиной более 11 км.

Морская вода представляет собой раствор, содержащий в среднем 3,5% минеральных веществ (ее соленость обычно выражается в промилле, ‰). Основным компонентом морской воды является хлористый натрий, присутствуют также хлорид и сульфат магния, сульфат кальция, бромид натрия и др. Некоторые внутренние моря благодаря поступлению огромного количества пресной воды имеют менее высокую соленость (например, максимальная соленость Балтийского моря 11‰), тогда как другие внутренние моря и озера отличаются очень высокой соленостью (Мертвое море - 260-310‰, Большое Соленое озеро - 137-300‰).

 

Атмосфера

 

Атмосфера - воздушная оболочка Земли, состоящая из пяти концентрических слоев - тропосферы, стратосферы, мезосферы, термосферы и экзосферы. Реальная верхняя граница атмосферы отсутствует. Внешний слой, начинающийся примерно на высоте 700 км, постепенно переходит в безвоздушное межпланетное пространство. Кроме того, существует еще магнитосфера, пронизывающая все слои атмосферы и простирающаяся далеко за ее пределы.

Атмосфера состоит из смеси газов: азота (78,08 % ее объема), кислорода (20,95 %), аргона (0,9 %), диоксида углерода (0,03 %) и редких газов - неона, гелия, криптона и ксенона (в сумме 0,01 %). Почти всюду близ земной поверхности присутствует водяной пар. В атмосфере городов и промышленных районов обнаруживаются повышенные концентрации сернистого ангидрида, углекислого и угарного газов, метана, фтористого углерода и других газов антропогенного происхождения.

Тропосфера - слой атмосферы, в котором формируется погода. В умеренных широтах она простирается примерно до высоты 10 км. Ее верхний предел, известный как тропопауза, на экваторе выше, чем на полюсах. Имеются также сезонные изменения - летом тропопауза располагается несколько выше, чем зимой. В пределах тропопаузы происходит циркуляция огромных масс воздуха. Средняя температура воздуха в приземном слое атмосферы около 15° C. С высотой температура понижается примерно на 0,6° на каждые 100 м высоты. Холодный воздух верхних слоев атмосферы опускается, а теплый - поднимается. Но под влиянием вращения Земли вокруг своей оси и локальных особенностей распределения тепла и влаги эта принципиальная схема циркуляции атмосферы претерпевает изменения. Больше всего солнечной тепловой энергии поступает в атмосферу в тропиках и субтропиках, откуда в результате конвекции теплые воздушные массы переносятся в высокие широты, где теряют тепло.

Стратосфера расположена в диапазоне от 10 до 50 км над уровнем моря. Для нее характерны довольно постоянные ветры и температуры (в среднем около -50° С) и редкие перламутровые облака, образованные кристаллами льда. Однако в верхних слоях стратосферы температура повышается. Сильные турбулентные потоки воздуха, известные под названием струйных течений, циркулируют вокруг Земли в приполярных широтах и в экваториальном поясе. В зависимости от направления движения реактивных самолетов, летающих в нижних слоях стратосферы, струйные течения могут предоставлять опасность или благоприятствовать полетам.

В стратосфере солнечная ультрафиолетовая радиация и заряженные частицы (главным образом, протоны и электроны) взаимодействуют с кислородом, продуцируя озон, ионы кислорода и азота. Наиболее высокие концентрации озона обнаружены в нижней стратосфере.

Мезосфера - слой атмосферы, расположенный в интервале высот от 50 до 80 км. В ее пределах температура постепенно понижается примерно от 0° C у нижней границы до -90° С (иногда до -110° С) у верхней границы - мезопаузы. Со средними слоями мезосферы сопряжена нижняя граница ионосферы, где электромагнитные волны отражаются ионизированными частицами. Область между 10 и 150 км иногда называется хемосферой, поскольку именно здесь, главным образом в мезосфере, происходят фотохимические реакции.

Термосфера - высокие слои атмосферы примерно от 80 до 700 км, в которых повышается температура. Поскольку атмосфера здесь разрежена, тепловая энергия молекул - главным образом кислорода - низкая, а температуры зависят от времени суток, солнечной активности и некоторых других факторов. В ночное время температуры меняются примерно от 320° C в периоды минимальной солнечной активности до 2200° C во время пиков солнечной активности.

Экзосфера - самый верхний слой атмосферы, начинающийся на высотах около 700 км, где атомы и молекулы находятся настолько далеко одни от других, что сталкиваются весьма редко. Это так называемый критический уровень, на котором атмосфера перестает вести себя как обычный газ, а атомы и молекулы перемещаются в гравитационном поле Земли как спутники. В этом слое главными компонентами атмосферы являются водород и гелий - легкие элементы, которые в конечном счете улетучиваются в космическое пространство.

Способность Земли удерживать атмосферу зависит от силы земного притяжения и скорости движения молекул воздуха. Любой объект, который удаляется от Земли со скоростью менее 8 км/с, возвращается на нее под действием силы притяжения. При скорости 8-11 км/с объект выводится на околоземную орбиту, а свыше 11 км/с - преодолевает земную гравитацию.

Многие частицы верхних слоев атмосферы, обладающие высокой энергией, могли бы быстро улетучиться в космическое пространство, если бы не улавливались магнитным полем Земли (магнитосферой), которое защищает все живые организмы (в т.ч. и человека) от пагубного влияния малоинтенсивного космического излучения.

 

 

Геодинамика

 

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: